“眾籌”衛(wèi)星如何“包機(jī)”上太空？

文 | 吳雨航，編輯 | 李皙寅

傳統(tǒng)衛(wèi)星發(fā)射流程冗長(zhǎng)，許多新技術(shù)難以快速驗(yàn)證。中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院通過(guò)“眾籌”模式，集結(jié)科研需求，定制“衛(wèi)星航班”，大幅縮短發(fā)射周期并降低成本，為快速驗(yàn)證和應(yīng)用新技術(shù)提供了高效途徑

當(dāng)前，中國(guó)在軌衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過(guò)900顆。

在這規(guī)模龐大的“群星”中，其中有一顆形狀酷似蜻蜓、重620千克的衛(wèi)星，它的名字叫做空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。

2022年7月27日，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星作為主星，同其他五顆衛(wèi)星一起，乘著“力箭一號(hào)”進(jìn)入500公里高度的太陽(yáng)同步軌道。

發(fā)射成功后的半年內(nèi)，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星接連發(fā)布了兩批科學(xué)成果，創(chuàng)造了科學(xué)研究上的多個(gè)“首次”：國(guó)際上首次獲得寬視場(chǎng)X射線聚焦成像天圖、打破人類探測(cè)伽馬射線暴的亮度記錄、獲得我國(guó)首幅太陽(yáng)過(guò)渡區(qū)圖像、國(guó)產(chǎn)量子磁力儀首次空間應(yīng)用并獲得全球磁場(chǎng)勘測(cè)圖……截至目前，這顆衛(wèi)星已完成44項(xiàng)新技術(shù)的在軌驗(yàn)證。

這顆由我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星領(lǐng)域主力軍——中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（簡(jiǎn)稱衛(wèi)星創(chuàng)新院）——自主研制的空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，還有另一個(gè)名字——“創(chuàng)新X”系列首發(fā)星。

該院副院長(zhǎng)、科學(xué)衛(wèi)星總體研究所所長(zhǎng)張永合告訴我們，“創(chuàng)新X”意味著創(chuàng)新交叉、創(chuàng)新無(wú)極限。

作為我國(guó)微小衛(wèi)星及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的總體單位之一，衛(wèi)星創(chuàng)新院已成功發(fā)射包括北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星、暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、天宮二號(hào)伴隨衛(wèi)星、太極一號(hào)衛(wèi)星、愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星等126顆衛(wèi)星。

在這些已發(fā)射的衛(wèi)星中，空間新技術(shù)衛(wèi)星是個(gè)特別的存在。特別在何處？這顆“新”衛(wèi)星，又如何創(chuàng)新一個(gè)科學(xué)范式？讓我們從它的誕生說(shuō)起。

01、“眾籌”一顆衛(wèi)星上天

火箭、衛(wèi)星、載荷都是太空的常見(jiàn)“旅客”。

然而，多數(shù)時(shí)候是由搭載在衛(wèi)星上的載荷來(lái)完成特定的太空任務(wù)，如地球觀測(cè)、天文觀測(cè)、空間研究等。所以我們可以把火箭、衛(wèi)星理解為輸送載荷的交通工具。

2021年年初，中國(guó)科學(xué)院“力箭一號(hào)”運(yùn)載火箭首飛工程立項(xiàng)。為了充分利用火箭的運(yùn)載能力，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星獲得了一個(gè)被搭載上天的機(jī)會(huì)。

按照常規(guī)流程，通常是先確定科學(xué)目標(biāo)，再依照目標(biāo)設(shè)計(jì)載荷儀器。即先召集好“乘客”，再根據(jù)乘客的特性設(shè)計(jì)衛(wèi)星，最后研制運(yùn)載火箭。

然而空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星面臨的情況是，最大的運(yùn)載工具先定下來(lái)了，那衛(wèi)星上的乘客哪里來(lái)？又要根據(jù)哪些乘客來(lái)設(shè)計(jì)衛(wèi)星？

這一切都是未知數(shù)。

于是，衛(wèi)星創(chuàng)新院決定遵循“經(jīng)費(fèi)自籌、風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)、科學(xué)先行、過(guò)時(shí)不候”的選拔原則開(kāi)展乘客海選。

簡(jiǎn)單理解，要想搭載上這顆空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，載荷單位需要自行籌集資金進(jìn)行載荷研發(fā)，但同時(shí)也要承擔(dān)發(fā)射失敗的風(fēng)險(xiǎn)。另外，作為科學(xué)研究衛(wèi)星，它需要驗(yàn)證新技術(shù)、新材料、新器件等，這對(duì)載荷的科學(xué)意義要求很高。最后，如果未能在衛(wèi)星研制周期里研制好的載荷，就會(huì)錯(cuò)失這次“上天”的機(jī)會(huì)。

盡管要求嚴(yán)苛，但中國(guó)科學(xué)院各單位申請(qǐng)積極，很快就涌來(lái)了上百份申請(qǐng)。進(jìn)行第一輪篩選后，“創(chuàng)新X”團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這顆衛(wèi)星還缺少“主角”，需要再選取一些有亮點(diǎn)的乘客。于是團(tuán)隊(duì)又“主動(dòng)出擊”，說(shuō)服各載荷單位和首席科學(xué)家，最后成功邀請(qǐng)到龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡等重量級(jí)乘客。

就這樣，19個(gè)載荷終于“湊”成了一顆衛(wèi)星。

通過(guò)“眾籌”模式來(lái)發(fā)射衛(wèi)星，這在中國(guó)衛(wèi)星發(fā)射史上還是第一次。據(jù)了解，此前空間科學(xué)衛(wèi)星多采用專業(yè)衛(wèi)星的模式，有既定的科學(xué)目標(biāo)，如太陽(yáng)觀測(cè)、量子通信等，搭載的也是同一類型的載荷。這導(dǎo)致很多新技術(shù)和新產(chǎn)品難以納入國(guó)家任務(wù)型號(hào)的火箭和衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)中。

然而在這顆衛(wèi)星上，科學(xué)探測(cè)、新型遙感相機(jī)、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)和新技術(shù)驗(yàn)證四個(gè)不同類別的載荷都找到了自己的位置，總共涉及天文、量子、遙感、在軌制造等近10個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

可以說(shuō)，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星由此開(kāi)創(chuàng)了“眾籌”衛(wèi)星的新范式。

要知道，從1958年中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”提出計(jì)劃，到1970年成功發(fā)射，經(jīng)歷了12年時(shí)間。即便隨著研制技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)模式下，大衛(wèi)星的研制周期一般在5年左右，小衛(wèi)星的研制周期一般也要2年左右。

然而這顆“眾籌”衛(wèi)星，在一年半的時(shí)間內(nèi)就成功實(shí)現(xiàn)了從立項(xiàng)批復(fù)到發(fā)射，跟上了火箭發(fā)射的大部隊(duì)，大幅縮短了研制周期。同時(shí)采取“經(jīng)費(fèi)自籌”的方式，分?jǐn)偭搜邪l(fā)成本，也激發(fā)了科研創(chuàng)新的活力。

02、? 在軌驗(yàn)證需求亟待滿足

在軌驗(yàn)證，是航天發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

這是火箭、衛(wèi)星等航天產(chǎn)品研制的“必經(jīng)之路”：先關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證再實(shí)施建造。每一次成功的航天任務(wù)，都建立在前期數(shù)次的驗(yàn)證基礎(chǔ)上。

因?yàn)樵谔瘴⒅亓?、?qiáng)輻射、高真空等許多不同于地面的特殊環(huán)境條件下，能揭示在地面重力掩蓋下物質(zhì)的特殊規(guī)律。將航天產(chǎn)品的鑒定件送上太空，能更好地確認(rèn)和改進(jìn)航天技術(shù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和有效性，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。

近年來(lái)，隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步、未來(lái)空間產(chǎn)業(yè)布局的加快，新技術(shù)快速驗(yàn)證的需求愈發(fā)旺盛。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，今年上半年，中國(guó)共實(shí)施30次發(fā)射任務(wù)，其中有5次商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射。

然而，由政府主導(dǎo)的傳統(tǒng)航天模式，航天項(xiàng)目的研發(fā)周期長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，面對(duì)旺盛的在軌驗(yàn)證需求無(wú)法一一滿足。

科學(xué)衛(wèi)星總體所副所長(zhǎng)、創(chuàng)新X衛(wèi)星總指揮陳雯告訴我們，傳統(tǒng)的航天模式無(wú)法滿足許多新技術(shù)快速驗(yàn)證的需求，制約了技術(shù)的迭代和創(chuàng)新。

在這樣的背景下，衛(wèi)星創(chuàng)新院決定開(kāi)展創(chuàng)新，“眾籌”模式應(yīng)運(yùn)而生。

張永合對(duì)我們介紹稱，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星搭載的載荷，大部分都是在航天領(lǐng)域就差“臨門(mén)一腳”的基礎(chǔ)研究和新技術(shù)。如果驗(yàn)證這些研究和技術(shù)，將為實(shí)現(xiàn)重大科學(xué)突破提供基礎(chǔ)。

2024年1月愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星（EP）的成功發(fā)射就證明了這一點(diǎn)。這顆衛(wèi)星在國(guó)際上首次大規(guī)模運(yùn)用“龍蝦眼”微孔陣列聚焦成像技術(shù)，而此前龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡正是空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星上的一個(gè)重要載荷。在軌試驗(yàn)期間，它成功獲取“首光”圖，擔(dān)好了“探路者”的角色。

03、 商業(yè)航天即將開(kāi)啟?“航班式驗(yàn)證”

商業(yè)航天雖然仍然具有傳統(tǒng)航天長(zhǎng)周期的特性，但如果能搶先發(fā)展、縮短時(shí)間，就意味著更低的成本和更大的優(yōu)勢(shì)。所以在全球商業(yè)航天的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，誰(shuí)能短時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵技術(shù)在軌驗(yàn)證，就能盡早開(kāi)啟建造、發(fā)射，最終在競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。

對(duì)于商業(yè)航天公司而言，成功的在軌驗(yàn)證還是提升投資者和客戶信息的“強(qiáng)心劑”，有助于吸引更多的投資和合同，從而實(shí)現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)。

“不僅是一次任務(wù)，更是一次機(jī)會(huì)?！睆堄篮线@樣形容空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射。

“眾籌”模式正為滿足商業(yè)航天領(lǐng)域的在軌驗(yàn)證需求提供機(jī)會(huì)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工程師們用一個(gè)精妙的比喻來(lái)形容自己的工作：空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星就像一架航班，各個(gè)有效載荷是乘客，而自己是這架航班的乘務(wù)組，主要工作是在衛(wèi)星上為它們找到合適的“艙位”，并為它們服務(wù)。

每個(gè)載荷都有不同的科學(xué)目的和需求，而乘務(wù)組首先要做的是將每位乘客的需求調(diào)研清楚。衛(wèi)星研發(fā)團(tuán)隊(duì)與載荷研發(fā)團(tuán)隊(duì)一一對(duì)接，定期召開(kāi)載荷協(xié)調(diào)會(huì)，加強(qiáng)需求協(xié)調(diào)和跟蹤研制進(jìn)展。

但是，“過(guò)時(shí)不候”的原則意味著其中有許多不確定性因素，實(shí)際過(guò)程中的確出現(xiàn)了有的載荷趕不上發(fā)射，只好中途下車的情況。

面對(duì)這些不確定，衛(wèi)星研發(fā)團(tuán)隊(duì)也有應(yīng)對(duì)策略。與專業(yè)衛(wèi)星依照定好的載荷提供個(gè)性化設(shè)計(jì)不同，團(tuán)隊(duì)在考慮各個(gè)載荷個(gè)性化需求的同時(shí)，還采取通用化設(shè)計(jì)以滿足多類型載荷。例如設(shè)置了豐富的接口，同時(shí)還具備高精度對(duì)日觀測(cè)、對(duì)地成像、慣性定向等多種觀測(cè)模式。

所以，這是一個(gè)可擴(kuò)展、可多次重復(fù)利用、可根據(jù)需要改造的平臺(tái)，對(duì)搭載不同載荷的靈活性極大增強(qiáng)。它為新型載荷、新技術(shù)產(chǎn)品提供了一種寬適應(yīng)、低成本、可持續(xù)的試驗(yàn)平臺(tái)。

“最后乘客的感覺(jué)非常好，我們乘務(wù)組也非常欣慰。”創(chuàng)新X衛(wèi)星熱控主任設(shè)計(jì)師劉鎏對(duì)我們?nèi)缡钦f(shuō)。

新型載荷低成本的快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)理念、“航班式驗(yàn)證”的新模式為商業(yè)航天的發(fā)展提供了“加速器”。

04、衛(wèi)星研制降本增效，商業(yè)航天未來(lái)可期

當(dāng)前，商業(yè)航天已成為一片亟待開(kāi)拓的新藍(lán)海。2024年《政府工作報(bào)告》中將商業(yè)航天納入新增長(zhǎng)引擎之列。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國(guó)商業(yè)運(yùn)載火箭的發(fā)射次數(shù)和成功率顯著提升，共實(shí)施發(fā)射13次，相比2022年的5次同比增長(zhǎng)160%。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年中國(guó)商業(yè)航天領(lǐng)域新增企業(yè)數(shù)量為113272家，同比2022年的87844家，增長(zhǎng)了28.95%。有關(guān)報(bào)告預(yù)計(jì)，中國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模今年將突破2.3萬(wàn)億元。

降本增效，是商業(yè)航天持續(xù)追求的目標(biāo)。空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的研制也提供了可借鑒的模式。

由于是“經(jīng)費(fèi)自籌”，衛(wèi)星創(chuàng)新院面臨控制成本的需要。據(jù)了解，衛(wèi)星研制產(chǎn)業(yè)的難點(diǎn)在于衛(wèi)星設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈問(wèn)題，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中，有效載荷、姿軌控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)價(jià)值較高。

解決這個(gè)問(wèn)題，衛(wèi)星創(chuàng)新院有天然優(yōu)勢(shì)。據(jù)科學(xué)衛(wèi)星總體所副所長(zhǎng)、創(chuàng)新X衛(wèi)星總師張曉峰向我們介紹稱，依靠中科院的現(xiàn)有衛(wèi)星研發(fā)技術(shù)，“創(chuàng)新X”衛(wèi)星平臺(tái)的后續(xù)研發(fā)成本幾乎為零，可直接生產(chǎn)。同時(shí)，據(jù)了解，衛(wèi)星創(chuàng)新院還成功打造了衛(wèi)星批量化生產(chǎn)新模式，實(shí)現(xiàn)了像生產(chǎn)汽車一樣生產(chǎn)衛(wèi)星。

一年半的短周期的研制也在提高載荷研制效率上起到了重要作用。由于時(shí)間緊張、過(guò)時(shí)不候，為了抓住這次免費(fèi)上天的機(jī)會(huì)，各載荷單位全力以赴，投入到創(chuàng)新研制中來(lái)。

另外，空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星還通過(guò)探索鑒定件再利用的方式，縮短加工周期，降低成本。鑒定件再利用是指，將之前已經(jīng)經(jīng)過(guò)鑒定級(jí)試驗(yàn)的產(chǎn)品在控制風(fēng)險(xiǎn)、保證安全的情況下再次利用。

在“力箭一號(hào)”首飛一周年之際，商業(yè)航天公司中科宇航董事長(zhǎng)兼總裁楊毅強(qiáng)與微小衛(wèi)星創(chuàng)新院張永合總師共同宣布了“創(chuàng)新X”科學(xué)航班計(jì)劃：每年搭載4顆50kg級(jí)科學(xué)微納星，2顆100kg級(jí)科學(xué)微小衛(wèi)星，1顆600kg級(jí)科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，為全球科學(xué)家、科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)、空間公司提供全鏈條搭載服務(wù)。

衛(wèi)星創(chuàng)新院還在探索更多可持續(xù)發(fā)展的可能。未來(lái)的衛(wèi)星航班上，團(tuán)隊(duì)將考慮合理配置以科學(xué)研究為主的載荷和有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的載荷，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星研制成本覆蓋。張永合透露，目前已有不少企業(yè)希望付費(fèi)搭乘上“創(chuàng)新X”系列航班。

可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和航天模式的不斷創(chuàng)新，民營(yíng)力量將同國(guó)家力量一起，探索更廣闊的星辰大海。

（本文作者是《財(cái)經(jīng)》實(shí)習(xí)生）

責(zé)編：秦琪