北斗三號(hào)大本營(yíng) 22顆衛(wèi)星引領(lǐng)中國(guó)創(chuàng)新

　　在中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院入口處，有一面手繪的太空墻，每成功發(fā)射一顆小衛(wèi)星，就會(huì)將它畫在上面。如今墻面上已有19顆形態(tài)各異的小衛(wèi)星，其中包括量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(“墨子號(hào)”)、暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(“悟空號(hào)”)、天宮二號(hào)伴隨衛(wèi)星等，一個(gè)月前剛剛發(fā)射的遙感三十號(hào)01組3顆衛(wèi)星還沒(méi)來(lái)得及入畫，而北斗三號(hào)衛(wèi)星也在衛(wèi)星總裝車間整裝待發(fā)。

　　坐落于上海張江?？坡返闹袊?guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院是我國(guó)小衛(wèi)星的搖籃，更是中國(guó)航天領(lǐng)域創(chuàng)新的一張名片。

　　“我們現(xiàn)在一年可發(fā)射15顆到20顆衛(wèi)星，迄今創(chuàng)新研究院總共已有22顆衛(wèi)星成功上天。”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)師林寶軍向包括第一財(cái)經(jīng)在內(nèi)的媒體介紹道。時(shí)間倒回至1970年中國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)造一顆衛(wèi)星需要幾年的時(shí)間。

　　為整星瘦身讓小衛(wèi)星“跳舞”

　　走進(jìn)高13米近2000平方米的總裝車間，科研人員正在忙碌地安裝北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星，據(jù)林寶軍介紹，這兩組衛(wèi)星的組裝工作已經(jīng)基本完成，下一步還要做真空實(shí)驗(yàn)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)，模擬太空的真實(shí)環(huán)境以及火箭發(fā)射過(guò)程中所經(jīng)歷的環(huán)境。而在不遠(yuǎn)處，已有兩顆北斗三號(hào)衛(wèi)星放入屏蔽暗室，等候發(fā)射安排。

　　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，北斗衛(wèi)星首發(fā)的背后一大創(chuàng)新，就是將原來(lái)幾噸重的整星瘦身到800公斤，將原本需要20多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，耗時(shí)十幾分鐘的系統(tǒng)，優(yōu)化為僅需1臺(tái)控制，大大提升了衛(wèi)星的可靠性，也可以帶更多的載荷產(chǎn)品上天。

　　據(jù)林寶軍介紹，這一瘦身過(guò)程，采用的新技術(shù)占比超過(guò)70%，打破了航天領(lǐng)域衛(wèi)星采用新技術(shù)的比例不超過(guò)30%這條不成文的規(guī)定。

　　據(jù)了解，北斗三號(hào)在性能和系統(tǒng)的可靠性上有了大幅提升，定位精度達(dá)到厘米級(jí)，時(shí)間精確度每日誤差小于2納秒。“中國(guó)將建成北斗全球系統(tǒng)，如果建成可以達(dá)到米級(jí)甚至厘米級(jí)的精度，車輛可以區(qū)分，無(wú)人駕駛汽車等應(yīng)用就都可以實(shí)現(xiàn)了。”林寶軍說(shuō)。

　　這一創(chuàng)新同樣體現(xiàn)在暗物質(zhì)衛(wèi)星(“悟空號(hào)”)上。

　　在競(jìng)標(biāo)之初，研究院提出了以載荷為中心的設(shè)計(jì)理念，以往我國(guó)衛(wèi)星研發(fā)均以平臺(tái)為中心。“打個(gè)比方，原來(lái)以‘車’為中心，如果‘貨物’尺寸太大，或分量太重，就只能改，而我們希望根據(jù)‘貨物’來(lái)做‘車’。”暗物質(zhì)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師李華旺比喻道。

　　這背后不僅僅涉及重量比例的問(wèn)題，需要經(jīng)受力學(xué)振動(dòng)測(cè)試，更是對(duì)以往設(shè)計(jì)理念的顛覆。最終整顆暗物質(zhì)衛(wèi)星重1.8噸，其中載荷1.4噸，平臺(tái)只有450公斤，節(jié)省了幾千萬(wàn)元的運(yùn)載火箭成本。截至2017年10月7日，“悟空”已繞地球飛行9680圈，探測(cè)宇宙粒子34億個(gè)。

　　在研究院，碳衛(wèi)星被稱為“會(huì)跳舞的衛(wèi)星”，原因在于和以往僅用單一姿態(tài)探測(cè)地球衛(wèi)星氣象不同，這顆碳衛(wèi)星可以一會(huì)兒對(duì)著太陽(yáng)，一會(huì)兒對(duì)著月亮，一會(huì)兒跟蹤地面目標(biāo)，以多種模式交互觀測(cè)。

　　這種觀測(cè)模式在空間是首例，“就拿耀斑觀測(cè)模式來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星飛行時(shí)在動(dòng)，海面上耀斑也在動(dòng)，兩者之間的幾何關(guān)系一直在改變。這就像人在屋子里行走，要通過(guò)墻上鏡子的反射，始終注視著桌上飄忽的燭火，難度可想而知。”微納所副所長(zhǎng)碳衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師張永合說(shuō)。

　　最終該技術(shù)得以突破并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，在近日地球觀測(cè)組織第14屆年會(huì)上，中國(guó)與會(huì)者宣布中國(guó)碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)將正式對(duì)外開(kāi)放共享，繼美國(guó)、日本之后中國(guó)成為第三個(gè)可以提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國(guó)家。

　　人人將擁有一顆小衛(wèi)星

　　明星衛(wèi)星“墨子”號(hào)如今已經(jīng)一歲了，且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了白天遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)、隱形傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)。據(jù)量子衛(wèi)星總體主任設(shè)計(jì)師鄧?yán)淄嘎?，運(yùn)行一年，量子衛(wèi)星實(shí)際跟瞄精度比設(shè)計(jì)目標(biāo)提高了1.0個(gè)量級(jí)，令量子在傳輸中的衰減銳減，效率大增。

　　但在研制量子衛(wèi)星平臺(tái)之初，工作難度遠(yuǎn)超乎團(tuán)隊(duì)的預(yù)期。要把衛(wèi)星上的兩束激光同時(shí)對(duì)準(zhǔn)地面兩個(gè)相距千公里的天文望遠(yuǎn)鏡光軸，誤差必須控制在3.5微弧度，這就好比在離地萬(wàn)米的飛機(jī)上，往地面兩個(gè)儲(chǔ)蓄罐的狹縫里扔硬幣。經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，最終達(dá)到了2.5微弧度的對(duì)準(zhǔn)精度，比設(shè)計(jì)要求的精度更高。

　　與以往做衛(wèi)星往往先拿國(guó)外數(shù)據(jù)作分析，若國(guó)外沒(méi)有先例，國(guó)內(nèi)也不敢下決心去做，林寶軍認(rèn)為當(dāng)下做研究首先就是要打破這種固步自封的狀態(tài)。

　　在研究院的規(guī)劃里，愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星和中法天文衛(wèi)星都將在2020年前后發(fā)射，前者將為時(shí)域天文學(xué)帶來(lái)新的突破，尤其會(huì)對(duì)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論黑洞和引力波兩個(gè)預(yù)言進(jìn)行論證，后者將捕捉巨能伽瑪暴的來(lái)龍去脈。

　　在微納衛(wèi)星研究所副所長(zhǎng)、天宮二號(hào)伴星主任設(shè)計(jì)師曹金看來(lái)，如同智能手機(jī)一樣，航天器產(chǎn)品也在逐步變小變輕變得智能，“就像今天每人都有自己的微信一樣，未來(lái)或許每人都可能有一顆自己的衛(wèi)星。”