「向日葵一號S1星」模型
4月24日，「中國航天日」，記者走進中國科學院微小衛星創新研究院（簡稱「衛星創新研究院」），實地探訪了國內首個微納衛星批量化生產製造精品平臺，揭開了商用「微納衛星」的神秘面紗。
在衛星創新研究院的一樓展廳，一顆擁有兩片深藍色「翅膀」，主體呈金黃色的衛星模型，挺立在「承國家之志、鑄時代新星」的背景板前，在深藍色的穹頂映襯下，熠熠發光。衛星創新研究院微納衛星研究所副所長張科科告訴《中國科學報》記者，它是衛星創新研究院研發的首顆民用商業微納衛星「向日葵一號S1星」的模型。
微納衛星有多小？
隨著高新技術的發展和需求的推動，太空飛行器微小化的發展已經成為趨勢。微納衛星以重量體積小、功能密度高、開發周期短、能以更低的成本完成很多複雜空間任務的優勢，在科研、國防、民用商業等領域發揮了越來越重要的作用。
和動輒上千公斤的大衛星相比，微納衛星的身形真的是輕盈多了。張科科說：「向日葵一號S1星」的重量約為100公斤，它的主體和家用飲水機差不多大小，可是，在微納衛星家族裡，它的個頭不算小。」
微納衛星家族包括微衛星和納衛星。就重量而言，微衛星的重量從10公斤到100公斤不等，納衛星則從1公斤到10公斤不等，統稱為「微納衛星」。這些都得益於新技術、新器件、新工藝、新材料在航天領域不斷地發展和逐步應用。
「小衛星」有「大本領」
微納衛星雖然體積小，但是本領可不小。「一顆約100公斤的微納衛星能幹以往300到500公斤傳統衛星能幹的活兒。」張科科介紹說，「中國北鬥衛星導航系統（BDS）是全球四大衛星導航系統之一，導航增強型微納衛星能協助北鬥導航系統讓用戶接收到的導航定位的精度達到釐米級。」
「『向日葵一號S1星』於2018年9月29日發射升空，星上裝載有星間雷射通信、數字多波束對地通信和高精度導航定位載荷，採用了模塊化設計理念，具有高集成、低成本、功能密度高、實用業務化等特點。至今，它已在軌運行1年半多，超過了原先1年的預期『壽命』，各項性能指標運行良好。」
「向日葵一號S1星」的學名是「微釐空間一號S1試驗衛星」，談到 「向日葵」這個「暱稱」，張科科解釋說，「這和它的一項特殊本領有關。衛星在太空裡獲取能量來源主要是太陽能電池板，而電池板的能源轉化效率和太陽照射的角度有關。我們把太陽能帆板安裝在二維跟蹤轉臺上，讓電池板和『向日葵』一樣，始終能面向太陽，保持近乎90度陽光直射的狀態，從而大大提高太陽能利用率，突破了衛星由於身形小能源供給不足的技術瓶頸。」
「『向日葵一號S1星』還有一個孿生兄弟，『向日葵一號S2星』，預計今年5月下旬發射」。張科科說：「『向日葵一號S2星』發射後，兄弟倆能在空中『握手』，開展星間雷射通信、地-星-星-地通信試驗，導航增強系統組網技術驗證等工作。」張科科透露，它們的升級版弟弟「向日葵一號S3星」，也正在「孕育」中，計劃年內發射。
談到這種微納衛星的優勢，張科科表示：「由於微納衛星處於低軌組網運行，落地信號強、通信延時短，手持終端也能更加輕巧；相對於地面基站，『天基』覆蓋更廣，能不受地理位置、人口分布等影響。尤其是『釐米級』的精準定位，在未來自動駕駛等應用領域，意義舉足輕重。」正因為這些優點，微納衛星已經逐步被廣泛應用於導航增強、對地遙感、物聯通信、空間科學試驗等諸多領域。
微納衛星精品平臺：讓微納衛星批量化生產成為可能
「向日葵」兄弟仨都誕生於微納衛星研究所新一代微納衛星WN100平臺，這個平臺可以說是微納衛星「向日葵」兄弟的搖籃。
張科科介紹，新一代微納衛星WN100平臺主要面嚮導航增強、物聯通信、天基網絡和組網星座等任務，專門用於研製百公斤級以下的各類空間應用、新技術探索、低成本實用化微納衛星。平臺主要特點包括：高性價比、模塊化設計、功能分艙標準接口、標準化綜合電子、高精度三軸穩定、電/化學推進模塊可選等。由此平臺研發的微納衛星在星間雷射通信能力、大功率能源供給能力、精準組網與保持能力、軌道維持與離軌能力等方面具有獨特優勢。
談到此平臺和以往衛星開發平臺的區別，張科科坦言：「以往衛星都是『度身定製』，而有了這個平臺，我們可以通過標準化和模塊化的設計理念，用流水線方式進行組裝批量生產衛星，能進一步減少研製的成本。在測試方法和管理流程上，我們加入了自動化的設計，能簡化和確保衛星的研製更貼近用戶的需求。」
「我們的定位是生產中高端、高功能密度、高性價比的微納衛星」。張科科說，「目前，我們在產品齊套的基礎上，生產1顆微納衛星的組裝、集成測試和試驗時間是60天左右。將來，我們的目標是1天內能完成1顆微納衛星的批量化生產」。
未來可期：面向國民經濟主戰場
在衛星家族裡，微納衛星很年輕，研製團隊也是如此。「我們的團隊有50來人，平均年齡33歲左右，大家能吃苦，有創造力和凝聚力。即使疫情期間，也不耽誤科研任務。4月15日，為了保障科研生產，衛星創新研究院第一批科研人員通過醫院核酸檢測，飛赴北京開展工作。其中就有10個是我們微納衛星團隊的。」張科科表示。
不過，張科科也提示，「雖然在國內的微納衛星研製領域，我們在高功能密度、模塊化微納衛星設計研製等方面的能力已經達到國內先進水平，但是和Space X等國際同行相比，在產品化、批量生產等方面我們還屬於跟跑階段。」
「面向國民經濟主戰場，以用戶需求和市場應用為導向，提供國際一流實用化微納衛星整體解決方案，是我們衛星創新研究院微納衛星研究所努力的方向。」張科科說。
增強導航信號、提供高精度導航定位服務是「向日葵」三兄弟的「使命」，「向日葵兄弟」的理想是突破高精度、高可靠導航服務能力局限，組建天地一體化導航和通信增強衛星網絡系統，以中國衛星導航競爭優勢，滿足國內需求並惠及「一帶一路」國家。
未來任重而道遠，但是張科科充滿信心。
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