衛星界的“霍比特族”打算組隊去太空

“皮星二號”在太空工作的模擬圖 （圖片來源：錢江晚報）

日前，浙江大學微小衛星中心開了個用學術研討方式慶祝的生日趴。慶生對象，全上了天——距離地球640和525公裡的軌道上，四顆浙大自主研發的皮衛星正在工作，兩顆“皮星一號A”衛星進入太空工作六周年、兩顆“皮星二號”衛星入軌服務一周年。

皮衛星不是調皮的衛星，而是按照重量大小來形容的概念，指重量在公斤級別的微小衛星。

對於浩瀚的宇宙來講，皮星像是衛星界的“霍比特族”。相比大衛星，皮星成本低廉、研制和生產周期短、應急反應快。

在這個特別的生日派對上，科學家們首次講述了浙大皮星家族許多鮮為人知的故事。

“皮星一號”神秘失蹤了九年

已經發射成功6周年的“皮星一號A”，名字裡拖著個字母“A”，是因為“皮星一號”這個名字，屬於另外一顆皮衛星。

那是中國首顆發射升空的公斤級皮衛星，尺寸和“皮星一號A”一模一樣，是一個邊長15厘米的立方體衛星，也由浙江大學微小衛星研究中心研制。但遺憾的是，自從2007年5月25日搭載“長征二號”丁運載火箭飛向太空以后，這顆衛星就再也沒有和地球聯系。

“升空以后，它就一直沒有自動開機。”浙大微小衛星研究中心主任、浙大航空航天學院副院長金仲和教授告訴記者，“當時‘皮星一號’上天后杳無音訊，大家壓力非常大。連續兩周時間，所有相關的科學家和工作人員在西安衛星測控中心的幫助下，每天都在尋找這顆皮衛星，最后還是放棄了。”

金教授團隊做了大量的分析，認為“皮星一號”很有可能出現“水土不服”的問題。

衛星上天，首先要經受在火箭中劇烈震動的考驗﹔而到了太空，又面臨著極冷極熱的環境。“‘皮星一號’在設計時，並沒有充分考慮這些惡劣的環境。”金教授說。而在制作工藝上，“皮星一號”幾乎所有裝備都是由當時浙大的學生自己手動焊接裝配的，在發射前，團隊還拆開衛星進行了最后一次調試，這可能都是導致衛星失蹤的原因。

“‘皮星一號’現在還在天上嗎？”記者問。

“按照軌道壽命，它應該還在天上飛。”金教授說。

“皮星二號”撐開了一把纖維“傘”

“皮星一號A”的兩顆孿生星的生日在中秋節。2010年中秋節，它們搭上“長征二號丁”運載火箭，順利進入太空。

記者在浙大微小衛星研究中心看到了“皮星一號A”的模型——邊長15厘米的立方體，重3.5公斤，外身披著36片太陽能電池，其中對地面的一角安裝了一個由浙大光電系研制的360度視場全景相機，用於成像實驗。

金教授給記者看了“皮星一號A”拍攝的地球照片。這張超廣角的相片叫人忍俊不禁，仿佛能想見“皮星一號A”在天上賣力工作的樣子——

圖片中除了能看到雲霧繚繞的地球，還能看見“皮星一號A”自己身上的9個螺絲和兩個天線。

金教授說，“皮星一號A”位於離地球表面640公裡的軌道上，每96分鐘繞地球一圈。每天它們會與西安衛星測控中心有一次通信聯系，傳回軌道定位、健康數據、拍攝的圖像等信息。每隔一段時間，研究中心會從衛星測控中心取回數據。

“皮星二號”要更大一些，上天的也是兩顆孿生星——邊長25厘米的立方體衛星。

去年9月20日，我國新型運載火箭“長征六號”在太原衛星發射中心點火發射，成功將包括兩顆“皮星二號”在內的20顆微小衛星送入太空。這趟“飛天專車”，創造了中國航天乃至亞洲航天一箭多星發射的新紀錄。

20公斤重的“皮星二號”包含了約10公斤的任務載荷質量：其中5.6公斤的任務載荷是一把高級碳纖維“傘”，直徑有1.6米。搭載火箭起飛時，這把“傘”收攏，當衛星進入軌道后，碳纖維“傘”就展開，面積有大約2平方米。“皮星二號”是中國首例承擔重大試驗任務的應用型皮納衛星。這朵太空中奇特的“花”，包含有多項堪稱國際首創的關鍵技術。

一年的時間，“皮星二號”已經繞地球飛行了近6000圈。通過這次驗証，傘狀天線結構將可用於皮衛星和納衛星中，從而能夠在通信、地震監測、行星際探測以及新技術的演示驗証等多個領域發揮更大的作用。

“皮星三號”開啟民用訂制時代

記者在浙大微小衛星中心，看到了“皮星三號”，遺憾的是，它現在的圖片還不能公布。

這顆邊長25厘米，大約20公斤重的立方體衛星跟前面上天的幾對孿生兄弟不同，它可以說是一對龍鳳胎：一個正方體衛星，上面是一個球體﹔另一個正方體，上面是一個“金字塔”。球體和“金字塔”的功能，暫時不能透露。金教授表示，“皮星三號”預計在明年發射。

而從“皮星三號”時代開始，浙大微小衛星中心也將正式面向民用需求，訂制這樣輕巧高能的皮衛星。

原來依賴大衛星做的許多工作，現在皮衛星也能做了。金教授介紹，目前各國小衛星已涉足特種通信、對地觀測、導航增強、海洋探測、航道監控、天文觀測等領域，具體應用包括艦船定位、大氣PM2.5測量、漁業糾紛取証、工廠發貨業務量評估、危險品運輸車和動物監控跟蹤等，甚至把通訊基站放到太空軌道上，實現天基互聯網。“谷歌計劃發射2000顆小衛星，實現互聯網對地球表面無死角的全覆蓋。”金教授說。

“制造一顆幾百公斤級的大衛星，成本在10~20億元人民幣左右，需要花費至少兩年時間。就算制造一顆微小衛星也需要幾億元。”金教授介紹，但制造一顆皮衛星，成本僅為幾百萬元人民幣，時間僅需要幾個月。皮衛星對火箭發射的要求也較低。大衛星從進入發射基地到上架發射，最快也要30~40天，而皮衛星從進場到發射，短短幾天就能完成。

當然，單顆皮衛星的功能相對於大衛星來說是弱的。“皮衛星的編隊飛行，是目前皮衛星研究者的一個美好願景。幾個甚至數十個皮衛星會被同時運送到太空軌道，我們稱之為‘星群’，就像候鳥一樣，按照不同的序列組合起來。衛星之間可以實現數據通信，一起把探測到的數據傳到地面。”金教授說。（記者 章咪佳）