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，由南京理工大學實驗小學學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)、預報預警，還可以應(yīng)用于導航服務(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?！耙患嘈鞘且幻哆\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——風云氣象衛(wèi)星的科普報告，我們耳熟能詳?shù)奶鞖忸A報離不開氣象衛(wèi)星的觀測。“風云衛(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，其在天氣預報、氣候預測、科學研究等多個重要領(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報業(yè)務(wù)就以風云氣象衛(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

導航衛(wèi)星是我們最熟知的專業(yè)衛(wèi)星，開車導航或者定位都會使用到GPS和我國的北斗導航衛(wèi)星?！耙晕覈倍穼Ш叫l(wèi)星為例，其芯片被植入到手機、手環(huán)、學生卡、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)星導航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布的《北斗衛(wèi)星導航系統(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。”南京湯泉街道巡查員王恒說。

“通過北斗衛(wèi)星導航基礎(chǔ)，我們打造了山體滑坡預警南京示范工程、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。“我們認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、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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