北斗三號大本營 22顆衛(wèi)星引領(lǐng)中國創(chuàng)新

　　在中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院入口處，有一面手繪的太空墻，每成功發(fā)射一顆小衛(wèi)星，就會將它畫在上面。如今墻面上已有19顆形態(tài)各異的小衛(wèi)星，其中包括量子科學實驗衛(wèi)星(“墨子號”)、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(“悟空號”)、天宮二號伴隨衛(wèi)星等，一個月前剛剛發(fā)射的遙感三十號01組3顆衛(wèi)星還沒來得及入畫，而北斗三號衛(wèi)星也在衛(wèi)星總裝車間整裝待發(fā)。

　　坐落于上海張江?？坡返闹袊茖W院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院是我國小衛(wèi)星的搖籃，更是中國航天領(lǐng)域創(chuàng)新的一張名片。

　　“我們現(xiàn)在一年可發(fā)射15顆到20顆衛(wèi)星，迄今創(chuàng)新研究院總共已有22顆衛(wèi)星成功上天。”中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長、北斗導航衛(wèi)星總設(shè)計師林寶軍向包括第一財經(jīng)在內(nèi)的媒體介紹道。時間倒回至1970年中國第一顆人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射，很長一段時間內(nèi)造一顆衛(wèi)星需要幾年的時間。

　　為整星瘦身讓小衛(wèi)星“跳舞”

　　走進高13米近2000平方米的總裝車間，科研人員正在忙碌地安裝北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星，據(jù)林寶軍介紹，這兩組衛(wèi)星的組裝工作已經(jīng)基本完成，下一步還要做真空實驗、力學實驗，模擬太空的真實環(huán)境以及火箭發(fā)射過程中所經(jīng)歷的環(huán)境。而在不遠處，已有兩顆北斗三號衛(wèi)星放入屏蔽暗室，等候發(fā)射安排。

　　2015年3月30日，我國首顆新一代北斗導航衛(wèi)星發(fā)射成功，北斗衛(wèi)星首發(fā)的背后一大創(chuàng)新，就是將原來幾噸重的整星瘦身到800公斤，將原本需要20多臺計算機控制，耗時十幾分鐘的系統(tǒng)，優(yōu)化為僅需1臺控制，大大提升了衛(wèi)星的可靠性，也可以帶更多的載荷產(chǎn)品上天。

　　據(jù)林寶軍介紹，這一瘦身過程，采用的新技術(shù)占比超過70%，打破了航天領(lǐng)域衛(wèi)星采用新技術(shù)的比例不超過30%這條不成文的規(guī)定。

　　據(jù)了解，北斗三號在性能和系統(tǒng)的可靠性上有了大幅提升，定位精度達到厘米級，時間精確度每日誤差小于2納秒。“中國將建成北斗全球系統(tǒng)，如果建成可以達到米級甚至厘米級的精度，車輛可以區(qū)分，無人駕駛汽車等應(yīng)用就都可以實現(xiàn)了。”林寶軍說。

　　這一創(chuàng)新同樣體現(xiàn)在暗物質(zhì)衛(wèi)星(“悟空號”)上。

　　在競標之初，研究院提出了以載荷為中心的設(shè)計理念，以往我國衛(wèi)星研發(fā)均以平臺為中心。“打個比方，原來以‘車’為中心，如果‘貨物’尺寸太大，或分量太重，就只能改，而我們希望根據(jù)‘貨物’來做‘車’。”暗物質(zhì)衛(wèi)星總設(shè)計師李華旺比喻道。

　　這背后不僅僅涉及重量比例的問題，需要經(jīng)受力學振動測試，更是對以往設(shè)計理念的顛覆。最終整顆暗物質(zhì)衛(wèi)星重1.8噸，其中載荷1.4噸，平臺只有450公斤，節(jié)省了幾千萬元的運載火箭成本。截至2017年10月7日，“悟空”已繞地球飛行9680圈，探測宇宙粒子34億個。

　　在研究院，碳衛(wèi)星被稱為“會跳舞的衛(wèi)星”，原因在于和以往僅用單一姿態(tài)探測地球衛(wèi)星氣象不同，這顆碳衛(wèi)星可以一會兒對著太陽，一會兒對著月亮，一會兒跟蹤地面目標，以多種模式交互觀測。

　　這種觀測模式在空間是首例，“就拿耀斑觀測模式來說，衛(wèi)星飛行時在動，海面上耀斑也在動，兩者之間的幾何關(guān)系一直在改變。這就像人在屋子里行走，要通過墻上鏡子的反射，始終注視著桌上飄忽的燭火，難度可想而知。”微納所副所長碳衛(wèi)星副總設(shè)計師張永合說。

　　最終該技術(shù)得以突破并實現(xiàn)應(yīng)用，在近日地球觀測組織第14屆年會上，中國與會者宣布中國碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)將正式對外開放共享，繼美國、日本之后中國成為第三個可以提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國家。

　　人人將擁有一顆小衛(wèi)星

　　明星衛(wèi)星“墨子”號如今已經(jīng)一歲了，且已經(jīng)實現(xiàn)了白天遠距離量子密鑰分發(fā)、隱形傳輸?shù)膶嶒?。?jù)量子衛(wèi)星總體主任設(shè)計師鄧雷透露，運行一年，量子衛(wèi)星實際跟瞄精度比設(shè)計目標提高了1.0個量級，令量子在傳輸中的衰減銳減，效率大增。

　　但在研制量子衛(wèi)星平臺之初，工作難度遠超乎團隊的預期。要把衛(wèi)星上的兩束激光同時對準地面兩個相距千公里的天文望遠鏡光軸，誤差必須控制在3.5微弧度，這就好比在離地萬米的飛機上，往地面兩個儲蓄罐的狹縫里扔硬幣。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，最終達到了2.5微弧度的對準精度，比設(shè)計要求的精度更高。

　　與以往做衛(wèi)星往往先拿國外數(shù)據(jù)作分析，若國外沒有先例，國內(nèi)也不敢下決心去做，林寶軍認為當下做研究首先就是要打破這種固步自封的狀態(tài)。

　　在研究院的規(guī)劃里，愛因斯坦探針衛(wèi)星和中法天文衛(wèi)星都將在2020年前后發(fā)射，前者將為時域天文學帶來新的突破，尤其會對愛因斯坦的廣義相對論黑洞和引力波兩個預言進行論證，后者將捕捉巨能伽瑪暴的來龍去脈。

　　在微納衛(wèi)星研究所副所長、天宮二號伴星主任設(shè)計師曹金看來，如同智能手機一樣，航天器產(chǎn)品也在逐步變小變輕變得智能，“就像今天每人都有自己的微信一樣，未來或許每人都可能有一顆自己的衛(wèi)星。”