科学家“众筹”卫星 最快明年！下列创新X号太空航班将启航

国内同类卫星中“乘客”最多的太空航班

作者／  IT时报记者 毛宇 郝俊慧

编辑／  郝俊慧 孙妍

24亿年前，茫茫宇宙深处，一颗比太阳重20多倍的“超级太阳”生命走到了尽头，瞬间坍缩，释放出一朵巨大的“宇宙烟花”。24亿年后，火球与星际物质摩擦后生成的大量万亿电子伏特（TeV）高能伽马光子抵达地球。

人类看到了这朵“烟花”。2022年10月9日，“创新X”空间新技术试验卫星（以下简称“创新X”卫星）上的载荷“高能爆发探索者（HEBS）”抓住了这束最亮伽马光。短短数百秒内，HEBS与“慧眼”卫星、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）联合，精确测量了这个编号为GRB 221009A的伽马射线暴完整爆发过程，其亮度是地球已知最大伽马暴的50倍。

此时，距离“创新X”卫星上天仅仅过了2个多月，这次千年不遇天文事件的科学观测，只是这颗卫星“触摸”宇宙时带来的“惊喜”之一。

在这颗重量只有620公斤的卫星上，搭载着20余家单位研制的16套载荷，它是国内同类卫星中“乘客”最多的太空航班。自发射以来，“创新X”已完成44项空间新技术验证。

科学的进步，似乎总是孕育于一次次偶然中，但每次不经意突破背后的必然，一定是创新。

“创新X”卫星的成功，在于其创新性地提出并跑通了由科研机构“众筹”太空科学试验的新范式，在此基础上推出的“创新X科学航班”计划，将在今后几年中，陆续发射更多的“众筹卫星”上天，让全球科学家以更低成本和更高效率完成“太空试验”。

为了上天

科学家“众筹”一颗星星

2022年7月27日12时12分，酒泉卫星发射中心，伴随一声巨响，由中国科学院自主研制的、我国当前最大固体运载火箭“力箭一号”（ZK-1A）发射，“一箭六星”，成功将六颗卫星送入预定轨道并进入500公里高度的太阳同步轨道，“创新X”是其中最重的主星。

21世纪的航天产业，正处于剧烈变革之中。随着空间科学和商业航天的蓬勃发展，新技术如雨后春笋般涌现，太空试验的需求急剧增加。但原有模式就像一个顽固的枷锁，限制了新技术的快速验证。

对于许多面向空间科学、空间应用研究的新载荷、新技术产品而言，火箭发射任务有限，上星的机会“一票难求”，很多科研成果只能停留在地面试验阶段。

2021年初，中国科学院“力箭一号”首飞工程立项，目标是在500公里太阳同步轨道实现1500公斤的运载能力。同时，经中国科学院审议通过，按照“经费自筹、风险自担、科学先行、过时不候”的原则，“力箭一号”可以免费搭载一颗空间新技术试验卫星上天，但这颗星和星上载荷需要科学家们自筹经费。

如果将卫星看作一艘太空飞船，那载荷便是船上的“乘客”，每个载荷都是不同的科学设备和仪器，承担着太空试验的重任。对“众筹者”来说，这笔经济账很好算，在卫星成本相对固定的前提下，载荷越多，各自平摊的成本越低。根据常规配置，600公斤左右的卫星一般能搭载三套载荷，但最终，“创新X”卫星搭载了16套载荷，创下国内同规格卫星载荷数记录。

为了完成这个创举，总抓“创新X”卫星的中国科学院微小卫星创新研究院（以下简称卫星创新院）走过了一年半的“未知之旅”。 

初时，众多载荷如同潮水般涌来，但得知要自筹经费后，不少机构打起了退堂鼓，但也有不少项目已经在地试验多年，就差上天“临门一脚”。最终经过层层筛选，极紫外太阳成像仪、CPT原子磁场精密测量系统、全铝自由曲面相机等载荷脱颖而出，成为此次太空航班的“乘客”。

范式创新

一颗星担“十几副担子”

“唯一的不变就是变化，甚至直到发射前，才安装了最后一个载荷。”回忆起“创新X”研制的整个过程，卫星创新院副院长张永合颇为感慨。

火箭不等人。彼时距离“力箭一号”发射只剩一年半，要想“上箭”，必须改变传统的卫星研发和制造范式。

以往发射的空间科学卫星多为某个领域的专业卫星，但因为是“众筹”项目，“众筹者”来自中国科学院散落在全国的不同科研机构，涉及科研领域五花八门，最终入选的载荷涵盖了天文、量子、遥感、在轨制造等不同方向。

如此多的载荷集中在一颗卫星上，通讯是首要挑战。微小卫星创新院对载荷的 CAN、422、LVDS 等接口做了统一规范，如同在复杂的信息传输丛林中开辟出了一条标准的“高速公路”，大大降低了测试验证的时间成本。

在轨试验有着非常严苛的科学要求，许多在地面可正常使用的硬件载荷，很可能在太空中因遭受空间高能粒子辐射而无法启动，而合作单位中有一半没有航天产品研制的经验。

“载荷要创新，卫星要成功。”李飞是“创新X”卫星的总体主任设计师，他深知每次太空试验的风险，一旦“宕机”便不可弥补，创新也成无源之水。因此，卫星创新院为每一个载荷的研制单位提供“保姆式服务”，精心制定各项工作的明确规范，确保这些载荷在设计时便符合在轨运行的要求。

经过一年多的反复试验，卫星创新院打造了一套可通用、可扩展、快速响应的空间新技术试验卫星平台，打破了资源瓶颈，可以让“乘客”随时上下车。

最终，“创新X”卫星成功地将20多家机构的16套载荷送入太空，“我国首幅太阳过渡区图像”“国际迄今最亮伽马暴”“国产量子磁力仪首次全球磁场勘测”“国际首次获得并公开发布的大视场X射线聚焦成像观测结果”等一系列突破性成果随之而来。

不断“进化”

年轻团队创新无极限

“创新X”卫星各类复杂技术的背后，是一支年轻团队在创造奇迹。

13位“85后”，2位“95后”，8位主任设计师中有6位是首次担任相关工作。年轻的热血为团队注入活力和新意，但以往他们大多以基础研究为主，工程经验相对不足，就像初出茅庐的冒险者，怀揣着对航天的热情却缺乏足够的实践经验。

为了弥补这一不足，团队启用“以老带新”的双责任制，既放手让年轻人担任设计师，主导项目推进，同时由经验丰富的主任设计师和室主任负责关键节点的把控。

 “说是师徒，其实年龄相差也不大。”“创新X”卫星的总师张晓峰笑言，出生于1987年的“师父”刘瑞带着出生于1994年的“徒弟”李天童，撑起了卫星的结构设计。

新的管理模式让这个开放式项目的迭代变得更加灵活。在CPT原子磁场精密测量系统载荷的研制过程中，一家合作单位专注于伸杆的研究，另一家合作单位则迫切希望降低卫星本身的磁场干扰。于是，年轻的成员们大胆提出可以通过伸杆将CPT原子磁场精密测量载荷伸出卫星本体以外来解决问题。

一开始，这个想法并没有得到一致认同。显然，它增加了系统设计的复杂性。但经过深入的研究和讨论，年轻团队做出的试验结果超出所有人预期，磁场干扰问题不仅得以解决，还为系统带来了更优性能。

张晓峰介绍，“我们卫星创新院有一个传统，是成立临时党支部。其中一个活动叫党员‘亮身份，践承诺’。我们所有的党员到了发射场，都会写下自己的承诺书，去尽自己最大努力，确保发射成功。因为是系统工程，每个人把自己做好了，系统工程才能做好。”

“创新X”卫星团队还创造了一个“最简发射队”的纪录。正常情况下，一个卫星发射队需要30~40人，而“创新X”卫星的发射队最少时只有7个人，一直坚守在发射前端等候火箭发射指令的，是一位年仅27岁的年轻女队员。

如今，这些经过“创新X”锤炼的年轻人们，已成长为卫星创新院的骨干力量，几位参加工作仅有三四年的“90后”，被选拔至重量级国家任务中的关键岗位上。

“一切都不是预先设计好的，在所有人的全力以赴下，整个项目像一个生命体，在不断进化中前行。”张永合表示。

不断起飞

“太空航班”要可持续

全球航天产业正进入高速发展期，尤其在500公里~1000公里的近地轨道空间，各国的“太空暗战”已经打响。

经过一年多在轨运行，创新X微小卫星成功验证44项新技术。这些新技术涵盖卫星多个领域，包括控制系统、数据传输系统、能源管理及载荷运行机制等。其中三类新型遥感图像、10余种新材料和新器件得到验证，还有9项新技术产品在其他项目中推广，体现出对新技术、新器件的强大牵引，有力支持了国家基础研究和重大项目。

在成像领域，卫星实现了国际首次大视场X射线聚焦成像，清晰度和覆盖范围在航天领域均开创先河；在极紫外探测方面，46.5nm极紫外太阳成像仪，实现我国首次太阳过渡区探测，是近半个世纪以来国际首次拍摄到的46.5nm全日面图像；国产量子测力仪的应用则打破了国外的长期垄断，实现宇航级标量磁力仪自主可控，不再依赖于国外载荷。

首战告捷，“创新X”卫星还会有下一列航班吗？

答案是，有的。

2023年8月，发射“力箭一号”的中科宇航有限公司与卫星创新院共同发布“创新X”科学航班计划，面向全球征集有在轨验证需求的新载荷、新产品，利用“力箭”的发射机会，每年搭载4颗50公斤级科学微纳星，2颗100公斤级科学微小卫星，1颗600公斤级科学试验卫星，为全球科学家、科研机构、大学、空间公司提供全链条搭载服务。

如今，新的太空航班计划已经启动，光学探测、引力波探测、推进载荷等科研方向已在不断研究和迭代中，预计最快明年6月，“创新X”号太空航班将再次启航。

通过第一代“创新X”卫星打造出的宽适应、可持续推进的卫星平台，可以快速适应不同载荷需求，无论是复杂科学探测还是新型通信载荷，都可方便安装。

张永合希望，“创新X”航班计划未来可以“科学研究”和“产业应用”两条腿走路，一个50公斤的微小卫星，卫星成本和火箭发射成本加起来约在600万元左右，如果搭载8个载荷，对每个科研机构的成本压力便会大幅下降，张永合认为更理想的状态是，引入一些商业载荷，算好一颗星上的科学试验和产业应用“经济账”，让整个航班计划进入正向商业循环，“这是一条比较长的路，但随着发射成本和卫星成本的逐渐降低，将来一定能够实现。”

“未来，我们团队将继续聚焦世界科技前沿，瞄准科学无人区，用创新颠覆以往，将智慧混入科技强国的波浪，成为国家航天领域不可替代的战略科技力量。”张晓峰表示。

排版／ 季嘉颖

图片／ 采访对象

来源／《IT时报》公众号vittimes

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