誰在玩轉(zhuǎn)衛(wèi)星

劉進(jìn)軍

位于美國加利福尼亞州舊金山海灣南端的圣塔克拉拉市境內(nèi)，有一座私立的天主教大學(xué)——圣塔克拉拉大學(xué)。成立于1851年的圣塔克拉拉大學(xué)是加州歷史最悠久的高等學(xué)府，迄今已有170年的歷史。圣塔克拉拉大學(xué)坐落于世界聞名的硅谷的心臟地帶，毗鄰有著“科學(xué)家的搖籃”之稱的美國斯坦福大學(xué)。圣塔克拉拉大學(xué)是一座研究型大學(xué)，其辦學(xué)目標(biāo)是幫助塑造下一代領(lǐng)導(dǎo)人和全球思想家。

1997年，圣塔克拉拉大學(xué)工程學(xué)院的6名女生成立了“月亮女神”團(tuán)隊(duì)，決心研制世界上最小的衛(wèi)星，也是世界上第一顆大學(xué)生衛(wèi)星。為此，她們提出了“月亮女神號(hào)”衛(wèi)星計(jì)劃，簡稱“月神號(hào)”衛(wèi)星計(jì)劃。她們?yōu)槊款w衛(wèi)星籌集了約5000美元。

“麻雀雖小，五臟俱全?！毙l(wèi)星雖小，但功能和部件卻一個(gè)也不能少。女生們只能利用市場上能買到的零件制造衛(wèi)星。經(jīng)過千辛萬苦的鉆研，女生們終于將衛(wèi)星基本組裝好了。一天，特麗薩小聲地提出：“現(xiàn)在，我們需要一種能在太空自動(dòng)打開的通信天線，用于收發(fā)信號(hào)?！睂?duì)此，阿曼達(dá)和布蘭琪信心百倍地認(rèn)為：“這個(gè)好像不難，一定能找到?！?/p>

但結(jié)果卻非常令人遺憾！在市場上，這種天線很難找到。為此，布蘭琪提議道：“我們咨詢一下美國宇航局的專家吧，他們一定能幫助我們解決難題?！?/p>

之后，女生們得到了美國宇航局科學(xué)家的回復(fù)：“衛(wèi)星上常用的通信天線分為3種，即C頻段天線、Ku頻段天線和Ka頻段天線。你們的低軌道衛(wèi)星適用S頻段天線。這種甚低頻頻段的接收頻率范圍為3～30千赫，要用桿狀天線或拉桿天線?！?/p>

聽聞專家的解答，安妮一臉愁容：“怎么辦？大衛(wèi)星的天線有一套精密靈活的機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)，十分復(fù)雜，且價(jià)格昂貴。我們的小衛(wèi)星根本無法裝載。”桃樂絲也皺起了眉頭：“是??！小衛(wèi)星不可能裝載這套龐大、貴重的機(jī)構(gòu)。”布蘭琪甚至還落淚了：“小衛(wèi)星的自重只相當(dāng)于大衛(wèi)星的一個(gè)小零件，這可怎么辦？”

怎么辦呢？如果自行設(shè)計(jì)研制一種能折疊，又能自動(dòng)打開的天線，就需要應(yīng)用機(jī)械、電子、通信和遙控等很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和程序，那么衛(wèi)星的重量和體積將大大超過衛(wèi)星本身，還不能保證天線一定能在太空打開。這下可難壞了“月亮女神”團(tuán)隊(duì)的女生們。

科學(xué)，不鉆牛角尖！科學(xué)的一大功能就是將復(fù)雜的問題簡單化。一位哲學(xué)系的女生阿曼達(dá)將天線歸納為幾個(gè)特性：導(dǎo)電、折疊、彎曲、纏繞、堅(jiān)韌、柔性、彈性和打開等特性。她們必須尋找到具有這種特性的部件，但具備這種特性的部件在哪兒呢？

一天，阿曼達(dá)一邊嘴里嘟囔著天線的特性，一邊整理著衛(wèi)星的各個(gè)部件。當(dāng)她將一個(gè)小榔頭隨手扔入工具箱時(shí)，突然一只鋼卷尺被彈了出來。她頓感眼前一亮，興奮地說道：“鋼卷尺！它不就具備這些特性嗎？天哪，遠(yuǎn)在天邊，近在眼前！”

天無絕人之路！鋼卷尺就是最好的天線。鋼卷尺經(jīng)過導(dǎo)電、頻率、阻抗、增益、輻射方向圖、極化、效率和帶寬等驗(yàn)證，證明鋼卷尺的通信效果很好。 從導(dǎo)電到纏繞，是思維方式的一小步，卻是制造衛(wèi)星的一大步。想象力比知識(shí)更重要！

女生們計(jì)劃采用一個(gè)小五金店里買來的鋼卷尺充當(dāng)3顆衛(wèi)星的天線。女生們將卷尺的鋼皮彎曲、纏繞和包裹在衛(wèi)星外面。當(dāng)進(jìn)入太空后，衛(wèi)星從分離機(jī)構(gòu)彈出，就自動(dòng)彈開了鋼卷尺，天線便可毫無懸念地打開了。這樣的設(shè)計(jì)既簡單又保險(xiǎn)，絕不會(huì)出錯(cuò)。

“月神號(hào)”衛(wèi)星分別被命名為“塞爾瑪號(hào)”、“露易絲號(hào)”和“嘉科號(hào)”，它們都攜帶有太陽能電池和可展開的天線。其中“塞爾瑪號(hào)”衛(wèi)星重0.5千克，寬0.2米，長0.3米;“露易絲號(hào)”衛(wèi)星重0.5千克，寬0.2米，長0.3米;“嘉科號(hào)”衛(wèi)星重0.2千克，寬0.1米，長0.2米。這3顆衛(wèi)星總重為1.2千克，只占約0.4升的空間，設(shè)計(jì)壽命為15天。

“塞爾瑪號(hào)”和“路易絲號(hào)”衛(wèi)星的科學(xué)任務(wù)是試驗(yàn)衛(wèi)星在極端惡劣環(huán)境中的生存情況，閃電對(duì)衛(wèi)星外電離層的影響，以及測量甚低頻無線電信號(hào)。“嘉科號(hào)”衛(wèi)星的科學(xué)任務(wù)是試驗(yàn)信標(biāo)發(fā)送機(jī)、衛(wèi)星廣播和地面的接收能力。

2000年1月27日，美國空軍從范登堡空軍基地發(fā)射了“牛頭怪-1”型火箭，將女生們?cè)O(shè)計(jì)的3顆小衛(wèi)星在內(nèi)的11顆衛(wèi)星送入太空。當(dāng)火箭發(fā)射升空后，3顆小衛(wèi)星進(jìn)入了近地點(diǎn)750千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)805千米，軌道傾角100.22°，軌道周期99.6分鐘的軌道。至此，世界上第一顆大學(xué)生衛(wèi)星，也是世界上第一顆女大學(xué)生衛(wèi)星發(fā)射成功！女生們一片歡呼。

然而，不幸的是半個(gè)月后，3顆小衛(wèi)星完成任務(wù)后便失蹤了，再也無法接收到任何信息。但不管怎么說，“月神號(hào)”衛(wèi)星揭開了發(fā)射學(xué)生衛(wèi)星的序幕，它激勵(lì)了學(xué)生研發(fā)衛(wèi)星的熱情。2015年12月6日，世界上第一顆小學(xué)生衛(wèi)星——“圣·托馬斯·莫爾號(hào)”在美國肯尼迪航天中心發(fā)射成功。截至2020年年底，各國學(xué)生已經(jīng)發(fā)射了1000多顆各類衛(wèi)星。

此外，“月神號(hào)”衛(wèi)星更是拓展了學(xué)生們想象和創(chuàng)新的視野！從此，世界上先后發(fā)射升空的幾百顆小衛(wèi)星，包括美國國防部、美國中央情報(bào)局和各個(gè)國家的小衛(wèi)星，都采用鋼卷尺或類似鋼卷尺的材料當(dāng)天線。

衛(wèi)星不在大小，只要抱有一顆科學(xué)、智慧和追夢(mèng)的心，終會(huì)成功！