航天專家談江蘇衛(wèi)星研發(fā)工作及3D打印如何推動批產(chǎn)

魔猴君  行業(yè)資訊   995天前

據(jù)航天科技集團發(fā)布的《中國航天科技活動藍皮書（2021年）》，2021年，中國航天全年實施55次發(fā)射任務(wù)，發(fā)射次數(shù)位居世界首位，發(fā)射載荷數(shù)量和質(zhì)量持續(xù)刷新紀錄。2022年，中國航天依然“繁忙”，航天科技集團計劃安排50余次宇航發(fā)射任務(wù)。

這其中，江蘇參與研發(fā)的衛(wèi)星數(shù)量不少。發(fā)射這么多衛(wèi)星都有什么作用？江蘇參與研發(fā)了哪些衛(wèi)星？3D打印技術(shù)在其中發(fā)揮了什么作用？《科技周刊》近日采訪了相關(guān)領(lǐng)域的航天專家。

江蘇參與研制的衛(wèi)星

第一顆人造衛(wèi)星于20世紀50年代的成功發(fā)射，標志著人類正式進入航天時代。談及衛(wèi)星發(fā)射的意義，江蘇省天文學(xué)會理事、科技傳播專家李志遠表示：“人造衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用不僅賦予了人類探索與利用廣闊地外空間的能力，也對人類社會的發(fā)展起到了巨大的促進作用?！敝袊茖W(xué)院科普云平臺官方微博號“中國科普展覽”統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，自1970年4月24日我國發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”至2020年4月，中國共發(fā)射400多顆人造衛(wèi)星。特別是去年，中國航天全年發(fā)射次數(shù)達 55次，居世界第一。

中國的衛(wèi)星發(fā)射次數(shù)為什么近年來猛增？“發(fā)射次數(shù)猛增非一日之功。近年來，隨著我國商業(yè)航天的發(fā)展，衛(wèi)星技術(shù)不斷創(chuàng)新，制造能力不斷提升，配套鏈產(chǎn)業(yè)鏈不斷開放完善，才有了現(xiàn)在的成果?！便y河航天衛(wèi)星技術(shù)專家金歷群介紹到。銀河航天衛(wèi)星研發(fā)制造基地位于我省南通經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。未來，南通基地也將更加直接和深度參與到我國的衛(wèi)星研發(fā)制造及空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中。

2022年3月初，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運載火箭，成功將我國首次批量研制的低軌寬帶通信衛(wèi)星——銀河航天02批衛(wèi)星（6顆）及其搭載的1顆商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)射升空。這其中，就有一顆被命名為“南通一號 ”的衛(wèi)星，是由銀河航天自主研發(fā)并批量制造的具有國際先進水平的低軌寬帶通信衛(wèi)星，單星設(shè)計通信容量40Gbps，重量約190Kg。

銀河航天02批批產(chǎn)衛(wèi)星© 北青網(wǎng)

據(jù)了解，在太空中有不少江蘇參與研發(fā)的衛(wèi)星。如去年10月，由南京理工大學(xué)實驗小學(xué)學(xué)生參與研制的空間元器件在軌驗證科普立方星 “田園一號”，也在太原發(fā)射中心由長征二號丁遙53運載火箭發(fā)射升空。近年來在深空探測領(lǐng)域，紫金山天文臺研發(fā)的“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星和南京大學(xué)領(lǐng)銜研制的“龍蝦眼X射線探測衛(wèi)星”也在深空中翱翔，并不斷傳回科學(xué)數(shù)據(jù)。

“隨著技術(shù)發(fā)展衛(wèi)星的性能有了大幅度的提升，衛(wèi)星正處于類似‘超大老式臺式機’向‘筆記本電腦’的進化階段，柔性太陽翼讓‘超大能源’成為可能，軟件定義衛(wèi)星讓衛(wèi)星更智能、功能更加豐富，‘太空計算機’的算力加速提升。” “衛(wèi)星不僅可以應(yīng)用于地面應(yīng)急救災(zāi)、預(yù)報預(yù)警，還可以應(yīng)用于導(dǎo)航服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信等多個領(lǐng)域。而且低成本商業(yè)市場需求的增長，也是發(fā)射衛(wèi)星次數(shù)增多的原因?！苯饸v群解釋說。

此外，一箭七星、一箭二十二星等先進核心技術(shù)也提升了衛(wèi)星發(fā)射的效率。2019年，我國首次嘗試一箭七星模式并取得成功。“一箭多星是一枚運載火箭同時或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)，可提高發(fā)射效率，降低發(fā)射成本?！苯饸v群介紹，隨著運載能力的提升及航天器的輕小型化，一箭多星發(fā)射模式在航天器發(fā)射中已普遍采用，一箭多星是一個系統(tǒng)工程，難點存在于多星分離、多星適配器、衛(wèi)星標準化、測運控多個環(huán)節(jié)，也有多項關(guān)鍵技術(shù)。

金歷群以多星分離與軌道部署技術(shù)為例：衛(wèi)星到達預(yù)定軌道后，多顆衛(wèi)星和火箭如何分離？有的“跳”下車，有的“轉(zhuǎn)”著下車，還有的“星不動車動”；從衛(wèi)星分離的時序看，它們可以“排隊”下車，還可以“天女散花”式下車。而多星適配器設(shè)計技術(shù)解決的是多顆衛(wèi)星在整流罩里怎么放的問題，用于提供衛(wèi)星在火箭整流罩內(nèi)的安裝布局位置。

金歷群告訴記者，目前，多星發(fā)射的方式主要有兩大類，一類是規(guī)模相當?shù)亩囝w衛(wèi)星一次發(fā)射,如衛(wèi)星星座中導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等，每顆衛(wèi)星的質(zhì)量、尺寸基本上一樣，多星適配器可采用中心承力筒式適配器或盤式多星適配器。另一類是搭載發(fā)射,在多顆衛(wèi)星中﹐一顆或幾顆是主任務(wù)衛(wèi)星，另外的多顆小衛(wèi)星為搭載，主任務(wù)衛(wèi)星一般多位于衛(wèi)星適配器的頂端 ,搭載衛(wèi)星多在適配器的側(cè)壁或下方四周。

 “包羅萬象”的衛(wèi)星功能

放眼太空站400多顆中國衛(wèi)星，都有什么作用？專家表示，衛(wèi)星系統(tǒng)關(guān)注的重點領(lǐng)域是民生，“風(fēng)云”“北斗”等眾多系列衛(wèi)星的升空印證了這一點。

剛剛過去的世界氣象日，江蘇省氣象臺發(fā)起了一場名為觀云測天的千里眼——風(fēng)云氣象衛(wèi)星的科普報告，我們耳熟能詳?shù)奶鞖忸A(yù)報離不開氣象衛(wèi)星的觀測?！帮L(fēng)云衛(wèi)星星座是目前世界上在軌數(shù)量最多、種類最全的氣象衛(wèi)星星座之一，其在天氣預(yù)報、氣候預(yù)測、科學(xué)研究等多個重要領(lǐng)域，以及氣象、海洋、農(nóng)業(yè)航天等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，成為我國現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)中重要的組成部分，我省氣象臺的氣象預(yù)報業(yè)務(wù)就以風(fēng)云氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)?！蹦暇庀罂萍紕?chuàng)新研究院的唐飛博士說。

衛(wèi)星類型

導(dǎo)航衛(wèi)星是我們最熟知的專業(yè)衛(wèi)星，開車導(dǎo)航或者定位都會使用到GPS和我國的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星?！耙晕覈倍穼?dǎo)航衛(wèi)星為例，其芯片被植入到手機、手環(huán)、學(xué)生卡、老人卡等終端設(shè)備中讓你用戶時刻知曉自己的位置?！苯饸v群介紹，導(dǎo)航衛(wèi)星能在地球表面或近地空間的任何位置，為用戶提供全天候的三維坐標、速度以及時間信息，目前我國600多萬輛道路運營車輛和 36個中心城市8萬輛公交車都安裝了北斗的終端系統(tǒng)。

據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布的《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用案例》顯示，來自江蘇的多項科研成果入圍。江蘇北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)研究院研發(fā)的北斗網(wǎng)格化巡防管控系統(tǒng)，采用網(wǎng)格化管理理念與高精度北斗定位、物聯(lián)網(wǎng)感知等信息技術(shù)，解決城市風(fēng)險源分布情況、巡防人員位置、突發(fā)事件等位置信息采集相關(guān)問題。“使用北斗巡更APP，走到任何一個巡查點拍照上傳后，電動車內(nèi)置的北斗導(dǎo)航位置就會自動發(fā)送模塊讓指揮中心隨時能夠監(jiān)控巡查軌跡?！蹦暇值姥膊閱T王恒說。

“通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)，我們打造了山體滑坡預(yù)警南京示范工程、南京長江二橋自動監(jiān)測系統(tǒng)。”江蘇科博空間信息科技公司負責(zé)人介紹，公司專注于北斗地質(zhì)災(zāi)害與氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，目前已擁有該領(lǐng)域較大的市場份額。

此外，衛(wèi)星還廣泛應(yīng)用于深空探測。“深空探測的最大使命是探索宇宙的起源，對了解宇宙的形成，以及太陽系，地球生命的演化等研究具有重要意義。深空探測有助于解答地球如何起源與演變，行星和太陽系究竟是如何形成和演化，人類是不是宇宙中唯一的生命、地球的未來將如何等一系列問題?！苯饸v群說。

3D打印推動衛(wèi)星批產(chǎn)

過去，衛(wèi)星動輒發(fā)射成本過億。隨著科技的發(fā)展，衛(wèi)星發(fā)射成本逐步下降。在李志遠看來，本世紀以來，隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的衛(wèi)星功能已可以通過微小型的衛(wèi)星來實現(xiàn)。微小型的衛(wèi)星的研制的周期更短，使用的成本更低，為許多領(lǐng)域尤其是科學(xué)領(lǐng)域的研究注入了新的動力。

衛(wèi)星價格是如何“打”下來的？金歷群告訴記者，長期以來，國家面向重大航天工程構(gòu)建了一套完整的航天產(chǎn)業(yè)體系，以航天院所研制的宇航級設(shè)備為主，來確保航天工程圓滿成功。目前，銀河航天面向衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座快速構(gòu)建需求，嘗試與社會化工業(yè)體系進行合作，依托我國強大的社會工業(yè)體系，提高衛(wèi)星部組件以及整星的批量化生產(chǎn)能力，降低成本?！拔覀冋J為只有建立在航天產(chǎn)業(yè)和社會化大制造業(yè)融合的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)真正意義上的衛(wèi)星批產(chǎn)?！?/span>

“衛(wèi)星批產(chǎn)和手機電腦批產(chǎn)有著天壤之別。”銀河航天衛(wèi)星批產(chǎn)主管郭大寶說，衛(wèi)星工作環(huán)境在太空，在衛(wèi)星研發(fā)時需在地面模擬真空、失重、地磁場等等太空環(huán)境，這些試驗的成本往往都很高，也就造成了衛(wèi)星的研制成本比較高；同時衛(wèi)星發(fā)生故障也很難維修；這些原因造成衛(wèi)星研制周期長，批產(chǎn)難度高。

不過在衛(wèi)星批產(chǎn)的過程中，銀河航空開始應(yīng)用3D打印技術(shù)“降本增效”?！霸谳d荷的研發(fā)生產(chǎn)中，通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)高頻微距波導(dǎo)、高性能天線等載荷的加工，將部分載荷互聯(lián)的空間壓縮到傳統(tǒng)占用空間的1/3，同時電性能還得到一定程度的提升，使得部分單機及系統(tǒng)的性能更上一層，也極大促進了行業(yè)的進步?！苯饸v群說。

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