微納衛星有大本領

作者| 何靜

在中國科學院微小衛星創新研究院（以下簡稱衛星創新研究院）一樓展廳，一個擁有兩片深藍色「翅膀」、主體呈金黃色的衛星模型，矗立在「承國家之志、鑄時代新星」的背景板前，在深藍色穹頂的映襯下，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》，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，太空飛行器微小化已成為發展趨勢。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著越來越重要的作用。

與動輒上千公斤的大衛星相比，微納衛星的身形真是輕盈多了。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，「不過在微納衛星家族裡，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」。微納衛星如此「輕盈」，得益於新技術、新器件、新工藝、新材料在航天領域的不斷發展和逐步應用。

優點多多

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精度達到釐米級。」

據張科科介紹，「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年半有餘，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』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，作用舉足輕重。」

正因為這些優點，微納衛星已經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。

批量化生產成為可能

「向日葵」三兄弟都誕生於微納衛星研究所新一代微納衛星WN100平臺，該平臺可以說是微納衛星「向日葵」兄弟的搖籃。

張科科介紹，該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。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，我們可以秉承標準化和模塊化的設計理念，用流水線方式組裝批量生產衛星，這能進一步減少研製成本。在測試方法和管理流程上，我們加入了自動化設計，能簡化衛星的研製，確保更貼近用戶需求。」

「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，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天內完成1顆微納衛星的批量化生產。」

以用戶需求和市場應用為導向

在衛星家族裡，微納衛星很年輕。張科科提示，「雖然在微納衛星研製領域，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處於跟跑階段。」

「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」沿線國家。

《中國科學報》 （2020-05-08 第4版 綜合）

編輯 | 趙路

排版 | 志海

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