高校正成長(zhǎng)為我國(guó)微納衛(wèi)星研制的生力軍

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高校正成長(zhǎng)為我國(guó)微納衛(wèi)星研制的生力軍

Colleges and Universities Become Main Force of China’s Micro/Nano Satellites

2015年9月20日，長(zhǎng)征－6運(yùn)載火箭成功將20顆微小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，開創(chuàng)了我國(guó)“一箭多星”發(fā)射的新紀(jì)錄。在這20顆衛(wèi)星中，有12顆是由國(guó)內(nèi)4所高校研制的。

1　12顆微納衛(wèi)星來(lái)自高校

在長(zhǎng)征－6運(yùn)載火箭發(fā)射的20顆衛(wèi)星中，有8顆衛(wèi)星由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司下屬的航天東方紅衛(wèi)星有限公司和深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司研制，其余的12顆衛(wèi)星由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和浙江大學(xué)等高校研制，國(guó)家隊(duì)∶高校=8∶12。

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)：天拓－3衛(wèi)星，6顆衛(wèi)星集群飛行

天拓－3衛(wèi)星由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主設(shè)計(jì)與研制，由6顆衛(wèi)星組成，包括1顆20千克級(jí)的主星（呂梁-1）、1顆1千克級(jí)的手機(jī)衛(wèi)星（“智能”）和4顆0.1千克級(jí)的飛衛(wèi)星（星塵-1、2、3、4）。衛(wèi)星入軌后，手機(jī)衛(wèi)星和飛衛(wèi)星與主星分離，以“母雞帶小雞”的方式通過太空組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)6顆衛(wèi)星集群飛行。

呂梁-1采用通用化多層板式微納衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)，主要開展新型星載船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）信號(hào)接收、星載航空目標(biāo)信號(hào)廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）信號(hào)接收、火災(zāi)監(jiān)測(cè)、20千克級(jí)通用化衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)等系列科學(xué)試驗(yàn)和新技術(shù)驗(yàn)證。AIS系統(tǒng)能對(duì)全球范圍船舶快速完成位置、航向、航速等信息的接收，并實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有岸基AIS系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。星載ADS-B系統(tǒng)則可對(duì)全球范圍航空目標(biāo)實(shí)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)目標(biāo)監(jiān)測(cè)、空中流量測(cè)量，為航線優(yōu)化和提高航空飛行效率提供信息服務(wù)，這是我國(guó)首次開展此項(xiàng)衛(wèi)星載荷在軌試驗(yàn)。

“智能”手機(jī)衛(wèi)星是我國(guó)首顆以商用智能手機(jī)主板和安卓操作系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)完成的衛(wèi)星。星塵－1、2、3、4是國(guó)內(nèi)首批飛衛(wèi)星，也是世界上最小的衛(wèi)星之一。

主星與手機(jī)衛(wèi)星、飛衛(wèi)星之間將開展子母式衛(wèi)星在軌釋放、空間自組織網(wǎng)絡(luò)、多星協(xié)同測(cè)控等空間技術(shù)試驗(yàn)在軌技術(shù)驗(yàn)證。

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的天拓－3衛(wèi)星

清華大學(xué)：“集成微系統(tǒng)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，驗(yàn)證微型化高性能星上功能器件

“集成微系統(tǒng)”技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星由清華大學(xué)研制，由3顆衛(wèi)星組成，包括1顆主衛(wèi)星—納星－2和2顆子衛(wèi)星—紫荊－1、2。

納星－2是1顆20千克級(jí)納衛(wèi)星。其主要采用“商用貨架產(chǎn)品”（COTS）器件，星上綜合電子系統(tǒng)具有軟件上載和重構(gòu)能力，既提高了電子系統(tǒng)的可靠性，又?jǐn)U展了納衛(wèi)星平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用功能，可為我國(guó)開展空間新器件、新技術(shù)試驗(yàn)提供一種低成本、快速有效的平臺(tái)。納星－2衛(wèi)星的有效載荷包括納型星敏感器、微型低功耗太陽(yáng)敏感器、硅基微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）陀螺、微型石英音叉陀螺、微機(jī)電系統(tǒng)磁強(qiáng)計(jì)、“北斗”/GPS接收機(jī)等，性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

本次飛行試驗(yàn)的主要目的就是驗(yàn)證和支持這些具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于新原理、新方法的微型化高性能星上功能器件/組件的研究和在軌應(yīng)用，從而推進(jìn)國(guó)內(nèi)航天應(yīng)用的微型化功能器件/組件技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步。

紫荊－1、2是納星－2的子衛(wèi)星，采用在軌二次分離的方式從納星－2載荷艙中彈射釋放。

紫荊－1皮衛(wèi)星質(zhì)量0.234kg，采用單板集成的綜合電子系統(tǒng)，主要開展微型CMOS相機(jī)、MEMS磁強(qiáng)計(jì)等商用器件的在軌試驗(yàn)，以及與紫荊－2皮衛(wèi)星聯(lián)合進(jìn)行繩系飛行、星間通信技術(shù)試驗(yàn)。

紫荊－2皮衛(wèi)星質(zhì)量0.173g，由清華大學(xué)與西安電子科技大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新合作研制，主要開展超低功率的星地通信試驗(yàn)、氮化鎵（GaN）器件空間效應(yīng)試驗(yàn)等。紫丁香－2衛(wèi)星由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制。該衛(wèi)星是我國(guó)首顆由高校學(xué)生自主設(shè)計(jì)、研制、管控的納衛(wèi)星。該衛(wèi)星質(zhì)量12kg，旨在構(gòu)建飛行軟件在軌試驗(yàn)平臺(tái)，在空間環(huán)境中，對(duì)FPGA軟件的可靠性等進(jìn)行驗(yàn)證；同時(shí)，基于星上電子設(shè)備，可以進(jìn)行全球航班、船舶等狀態(tài)信息的收集和大型野生動(dòng)物蹤跡跟蹤等任務(wù)；衛(wèi)星還攜帶了一個(gè)工業(yè)紅外相機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)森林火災(zāi)、極端天氣等造成的地溫變化進(jìn)行成像與監(jiān)測(cè)。另外，作為試驗(yàn)平臺(tái)，衛(wèi)星搭載了兩組新型超輕高精度敏感器，先期開展在軌測(cè)試，確保該產(chǎn)品在后續(xù)其他型號(hào)的成功實(shí)施。

清華大學(xué)納星－2衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)：紫丁香－2衛(wèi)星，首顆學(xué)生自主研發(fā)管控的納衛(wèi)星

哈爾濱工業(yè)大學(xué)衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)中

浙江大學(xué)：皮星－2衛(wèi)星，探索我國(guó)皮納衛(wèi)星在軌應(yīng)用技術(shù)

皮星－2（包括皮星2A、2B）由浙江大學(xué)微小衛(wèi)星研究中心研制，它們用于在軌驗(yàn)證微機(jī)電系統(tǒng)、微型輕質(zhì)展開機(jī)構(gòu)、皮納衛(wèi)星組網(wǎng)等技術(shù)，探索發(fā)展我國(guó)未來(lái)皮納衛(wèi)星的在軌應(yīng)用技術(shù)。

2　高校微納衛(wèi)星研制不斷發(fā)展

清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)是我國(guó)最早參與衛(wèi)星研制的高校，擁有豐富經(jīng)驗(yàn)

清華大學(xué)早在20世紀(jì)末就與英國(guó)薩瑞大學(xué)合作研制了清華－1衛(wèi)星，該衛(wèi)星于2000年6月26日成功發(fā)射。清華大學(xué)于2001年開始自主研發(fā)衛(wèi)星，其研制的PS-1、2衛(wèi)星分別于2002年9月和2003年9月發(fā)射。2004年4月18日，其研制的首顆20千克級(jí)衛(wèi)星—納星－1成功發(fā)射。加上此次發(fā)射的3顆衛(wèi)星，其獨(dú)立或合作研制并發(fā)射了7顆衛(wèi)星。這標(biāo)志著清華大學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、納衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)等取得了新的進(jìn)展。衛(wèi)星研制過程對(duì)于激發(fā)青年學(xué)子對(duì)航天科技的興趣、促進(jìn)清華大學(xué)航天技術(shù)人才培養(yǎng)具有重要意義。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)是我國(guó)最早研制衛(wèi)星的高校之一。其研制的首顆衛(wèi)星—試驗(yàn)－1與清華大學(xué)的納星－1一起由長(zhǎng)征－2C運(yùn)載火箭以“一箭雙星”方式成功發(fā)射。此后，其研制的試驗(yàn)－3、快舟-1和2衛(wèi)星分別于2008年、2013年9月和2014年11月成功發(fā)射。此次紫丁香－2衛(wèi)星是其第5顆衛(wèi)星，與以往不同的是，該衛(wèi)星是我國(guó)首顆由高校學(xué)子自主設(shè)計(jì)、研制、管控的納衛(wèi)星，凝聚了哈爾濱工業(yè)大學(xué)航空宇航與科學(xué)技術(shù)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制工程、機(jī)械工程、通信工程、電氣工程、熱能工程等8個(gè)學(xué)科的本科、碩士和博士研究生，累計(jì)吸納了40多名學(xué)生參與設(shè)計(jì)與研制，平均年齡不到24周歲。

浙江大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)緊隨其后，更加注重任務(wù)創(chuàng)新

浙江大學(xué)將目光瞄準(zhǔn)皮衛(wèi)星，2005年就將皮衛(wèi)星項(xiàng)目列為學(xué)校重點(diǎn)項(xiàng)目。浙江大學(xué)研制的皮星－1（質(zhì)量2.5kg）于2007年5月25日發(fā)射，皮星－1A的01星和02星（質(zhì)量均為3.5kg）于2010年9月22日成功發(fā)射。皮星－1是我國(guó)首批千克級(jí)微小衛(wèi)星，也是國(guó)際上功能最為齊全的皮衛(wèi)星之一。此次發(fā)射的皮星－2是浙江大學(xué)研制的第三批，亦是第4、5顆衛(wèi)星。

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制衛(wèi)星起步較晚，但其更加注重任務(wù)創(chuàng)新。其研制的天拓－1衛(wèi)星（2012年5 月10日發(fā)射，質(zhì)量9.3kg）是我國(guó)首顆單板納星，即將星務(wù)管理、電源控制、姿態(tài)確定與控制、測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ懿考稍趩螇K電路板上的微小衛(wèi)星。其研制的天拓－2衛(wèi)星（2014年9月8日發(fā)射，質(zhì)量67kg）是我國(guó)首顆采用視頻成像體制的微衛(wèi)星。此次天拓－3包含的4顆0.1千克級(jí)“星塵”衛(wèi)星也是我國(guó)首批飛衛(wèi)星，包含的“智能”手機(jī)衛(wèi)星也是國(guó)內(nèi)首顆以商用智能手機(jī)主板和安卓操作系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)完成的衛(wèi)星。

“一箭二十星”發(fā)射的衛(wèi)星一覽表

齊真/文