揭秘微小衛(wèi)星

位于上海張江園區(qū)的中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院，是一個(gè)神秘的地方。進(jìn)門的“衛(wèi)星墻”上“掛滿”了已發(fā)射上天的約20顆衛(wèi)星模型，包括量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(“墨子”)、暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(“悟空”)、“天宮二號(hào)”伴隨衛(wèi)星、碳衛(wèi)星等“明星級(jí)”小衛(wèi)星。

近日，中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者來(lái)到這里，揭秘“小衛(wèi)星家族”背后的故事。你可能無(wú)法想象，小衛(wèi)星背后，是一個(gè)平均年齡僅31歲的青年科學(xué)家團(tuán)隊(duì)。

衛(wèi)星不一定都是“大個(gè)子”

與傳統(tǒng)觀念上的“大衛(wèi)星”相比，微小衛(wèi)星身材較為嬌小。

2015年3月30日，我國(guó)首顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功。這顆衛(wèi)星從原先的幾噸“瘦身”到800多公斤;原本十幾個(gè)分系統(tǒng)需要20多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，現(xiàn)在優(yōu)化為1臺(tái)，大大提升了衛(wèi)星的運(yùn)行效率。在“瘦身”過(guò)程中，采用的新技術(shù)占比超過(guò)70%。

“小衛(wèi)星”到底“小”到什么程度?2016年與“天宮二號(hào)”一起發(fā)射的“天宮二號(hào)”伴隨衛(wèi)星，體積相當(dāng)于普通筆記本電腦攤開(kāi)時(shí)的大小。它可以對(duì)大型飛行器進(jìn)行探測(cè)及狀態(tài)監(jiān)控。“就像我們?cè)陔娪啊缎乔虼髴?zhàn)》里看到的飛船旁邊的小衛(wèi)星那樣轉(zhuǎn)。”中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所副所長(zhǎng)、“天宮二號(hào)”伴隨衛(wèi)星主任設(shè)計(jì)師曹金說(shuō)。

只有50公斤重的“天宮二號(hào)”伴隨衛(wèi)星目前已圓滿完成“天宮二號(hào)”和“神舟十一號(hào)”組合體伴飛觀測(cè)、紅外全景成像等多項(xiàng)新技術(shù)試驗(yàn)。

“原來(lái)的衛(wèi)星一般是比較大的。但是，小衛(wèi)星是科學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的趨勢(shì)。”曹金說(shuō)，今后隨著智能化和衛(wèi)星集成度越來(lái)越高，微小衛(wèi)星就會(huì)像北斗導(dǎo)航衛(wèi)星一樣，從原來(lái)的幾噸重量“瘦身”到幾百斤。

會(huì)“跳舞”的碳衛(wèi)星

不僅在體積、重量上“瘦身”，年輕的衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)還希望在技術(shù)上賦予“微小衛(wèi)星”更多突破點(diǎn)。

“會(huì)跳舞的衛(wèi)星”是中國(guó)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的昵稱。研制過(guò)程中，科學(xué)家們用“會(huì)跳舞”來(lái)形容這顆碳衛(wèi)星在監(jiān)測(cè)二氧化碳過(guò)程中所呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行軌跡。

與以往只用單一對(duì)地姿態(tài)探測(cè)地球的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星采取了幾種觀測(cè)模式交互進(jìn)行的方式。一會(huì)兒?jiǎn)⒂靡哂^測(cè)模式，利用太陽(yáng)在海面的鏡面反射提高信噪比，獲取海面上空的二氧化碳數(shù)據(jù);一會(huì)兒?jiǎn)⒂锰斓子^測(cè)模式，利用地面的漫反射特性開(kāi)展地面二氧化碳的觀測(cè);一會(huì)兒?jiǎn)⒂媚繕?biāo)模式，用于跟蹤地面的特殊目標(biāo)(如源排放區(qū))，在約9分鐘的飛越目標(biāo)區(qū)觀測(cè)期間內(nèi)，這一模式可提供對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)。

觀測(cè)的過(guò)程中，碳衛(wèi)星要不斷調(diào)整“姿勢(shì)”，跳起“太空華爾茲”。

它是世界上第三顆提供二氧化碳數(shù)據(jù)的衛(wèi)星，在研制初期，沒(méi)有模式可供借鑒。儀器是新的，衛(wèi)星也是新的。“研制上的困難主要來(lái)源于觀念，要不要做這個(gè)衛(wèi)星?要不要突破?”碳衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師張永合說(shuō)，研制過(guò)程大概持續(xù)了6年，通過(guò)項(xiàng)目的不停優(yōu)化、商討，最終碳衛(wèi)星在2013年取得關(guān)鍵技術(shù)的突破。

2011年接手碳衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)時(shí)，年輕的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)大膽提出了“讓衛(wèi)星跳舞”的主意，并朝著這個(gè)艱難的目標(biāo)前進(jìn)。碳衛(wèi)星的研發(fā)有助于提高我國(guó)環(huán)境氣候的研究水平和國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，同時(shí)也有利于向老百姓解釋當(dāng)下的霧霾等現(xiàn)象。

每個(gè)人都能夠擁有自己的衛(wèi)星?

“我們現(xiàn)在一年發(fā)射15顆到20顆衛(wèi)星不成問(wèn)題。”中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師林寶軍自豪地說(shuō)。在研究院藍(lán)色的“太空墻”上寫著幾個(gè)大字——只要堅(jiān)持，夢(mèng)想還是可以實(shí)現(xiàn)的。

從過(guò)去幾年才發(fā)射一顆衛(wèi)星，到現(xiàn)在一年可以發(fā)射15顆到20顆衛(wèi)星;從衛(wèi)星平臺(tái)研制“跟跑”歐美國(guó)家到“領(lǐng)跑”世界，青年科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在不斷突破現(xiàn)有技術(shù)，創(chuàng)造奇跡。

去年12月，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院在中科院率先行動(dòng)，成為首批四類機(jī)構(gòu)改革驗(yàn)收中唯一全票通過(guò)且排名第一的單位。改革持續(xù)了26個(gè)月，其間發(fā)射了13顆衛(wèi)星，占到該研究院成立14年發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)的68%。

更多、更小、更輕的衛(wèi)星，是未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。

曹金說(shuō)，以后的目標(biāo)是衛(wèi)星小到“能用手拿”，“我們有一個(gè)想法，就是未來(lái)讓每個(gè)人都能擁有一顆自己的小衛(wèi)星。”曹金認(rèn)為，未來(lái)30年，人們很有可能可以通過(guò)自己的小衛(wèi)星與太空對(duì)話，就像使用手機(jī)一樣方便。