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高校正成長為我國微納衛(wèi)星研制的生力軍

Colleges and Universities Become Main Force of China’s Micro/Nano Satellites

2015年9月20日，長征－6運載火箭成功將20顆微小衛(wèi)星送入預定軌道，開創(chuàng)了我國“一箭多星”發(fā)射的新紀錄。在這20顆衛(wèi)星中，有12顆是由國內(nèi)4所高校研制的。

1　12顆微納衛(wèi)星來自高校

在長征－6運載火箭發(fā)射的20顆衛(wèi)星中，有8顆衛(wèi)星由中國航天科技集團公司下屬的航天東方紅衛(wèi)星有限公司和深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司研制，其余的12顆衛(wèi)星由國防科學技術大學、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學和浙江大學等高校研制，國家隊∶高校=8∶12。

國防科學技術大學：天拓－3衛(wèi)星，6顆衛(wèi)星集群飛行

天拓－3衛(wèi)星由國防科學技術大學自主設計與研制，由6顆衛(wèi)星組成，包括1顆20千克級的主星（呂梁-1）、1顆1千克級的手機衛(wèi)星（“智能”）和4顆0.1千克級的飛衛(wèi)星（星塵-1、2、3、4）。衛(wèi)星入軌后，手機衛(wèi)星和飛衛(wèi)星與主星分離，以“母雞帶小雞”的方式通過太空組網(wǎng)，實現(xiàn)6顆衛(wèi)星集群飛行。

呂梁-1采用通用化多層板式微納衛(wèi)星體系結(jié)構，主要開展新型星載船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）信號接收、星載航空目標信號廣播式自動相關監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）信號接收、火災監(jiān)測、20千克級通用化衛(wèi)星平臺技術等系列科學試驗和新技術驗證。AIS系統(tǒng)能對全球范圍船舶快速完成位置、航向、航速等信息的接收，并實現(xiàn)對我國現(xiàn)有岸基AIS系統(tǒng)的有效補充。星載ADS-B系統(tǒng)則可對全球范圍航空目標實行準實時目標監(jiān)測、空中流量測量，為航線優(yōu)化和提高航空飛行效率提供信息服務，這是我國首次開展此項衛(wèi)星載荷在軌試驗。

“智能”手機衛(wèi)星是我國首顆以商用智能手機主板和安卓操作系統(tǒng)為核心設計完成的衛(wèi)星。星塵－1、2、3、4是國內(nèi)首批飛衛(wèi)星，也是世界上最小的衛(wèi)星之一。

主星與手機衛(wèi)星、飛衛(wèi)星之間將開展子母式衛(wèi)星在軌釋放、空間自組織網(wǎng)絡、多星協(xié)同測控等空間技術試驗在軌技術驗證。

國防科學技術大學研制的天拓－3衛(wèi)星

清華大學：“集成微系統(tǒng)”技術試驗衛(wèi)星，驗證微型化高性能星上功能器件

“集成微系統(tǒng)”技術試驗衛(wèi)星由清華大學研制，由3顆衛(wèi)星組成，包括1顆主衛(wèi)星—納星－2和2顆子衛(wèi)星—紫荊－1、2。

納星－2是1顆20千克級納衛(wèi)星。其主要采用“商用貨架產(chǎn)品”（COTS）器件，星上綜合電子系統(tǒng)具有軟件上載和重構能力，既提高了電子系統(tǒng)的可靠性，又擴展了納衛(wèi)星平臺的實際應用功能，可為我國開展空間新器件、新技術試驗提供一種低成本、快速有效的平臺。納星－2衛(wèi)星的有效載荷包括納型星敏感器、微型低功耗太陽敏感器、硅基微機電系統(tǒng)（MEMS）陀螺、微型石英音叉陀螺、微機電系統(tǒng)磁強計、“北斗”/GPS接收機等，性能指標均達到國際先進、國內(nèi)領先水平。

本次飛行試驗的主要目的就是驗證和支持這些具有完全自主知識產(chǎn)權的基于新原理、新方法的微型化高性能星上功能器件/組件的研究和在軌應用，從而推進國內(nèi)航天應用的微型化功能器件/組件技術和微系統(tǒng)技術的進步。

紫荊－1、2是納星－2的子衛(wèi)星，采用在軌二次分離的方式從納星－2載荷艙中彈射釋放。

紫荊－1皮衛(wèi)星質(zhì)量0.234kg，采用單板集成的綜合電子系統(tǒng)，主要開展微型CMOS相機、MEMS磁強計等商用器件的在軌試驗，以及與紫荊－2皮衛(wèi)星聯(lián)合進行繩系飛行、星間通信技術試驗。

紫荊－2皮衛(wèi)星質(zhì)量0.173g，由清華大學與西安電子科技大學協(xié)同創(chuàng)新合作研制，主要開展超低功率的星地通信試驗、氮化鎵（GaN）器件空間效應試驗等。紫丁香－2衛(wèi)星由哈爾濱工業(yè)大學研制。該衛(wèi)星是我國首顆由高校學生自主設計、研制、管控的納衛(wèi)星。該衛(wèi)星質(zhì)量12kg，旨在構建飛行軟件在軌試驗平臺，在空間環(huán)境中，對FPGA軟件的可靠性等進行驗證；同時，基于星上電子設備，可以進行全球航班、船舶等狀態(tài)信息的收集和大型野生動物蹤跡跟蹤等任務；衛(wèi)星還攜帶了一個工業(yè)紅外相機，可實現(xiàn)對森林火災、極端天氣等造成的地溫變化進行成像與監(jiān)測。另外，作為試驗平臺，衛(wèi)星搭載了兩組新型超輕高精度敏感器，先期開展在軌測試，確保該產(chǎn)品在后續(xù)其他型號的成功實施。

清華大學納星－2衛(wèi)星團隊協(xié)同攻關

哈爾濱工業(yè)大學：紫丁香－2衛(wèi)星，首顆學生自主研發(fā)管控的納衛(wèi)星

哈爾濱工業(yè)大學衛(wèi)星研制團隊在試驗中

浙江大學：皮星－2衛(wèi)星，探索我國皮納衛(wèi)星在軌應用技術

皮星－2（包括皮星2A、2B）由浙江大學微小衛(wèi)星研究中心研制，它們用于在軌驗證微機電系統(tǒng)、微型輕質(zhì)展開機構、皮納衛(wèi)星組網(wǎng)等技術，探索發(fā)展我國未來皮納衛(wèi)星的在軌應用技術。

2　高校微納衛(wèi)星研制不斷發(fā)展

清華大學、哈爾濱工業(yè)大學是我國最早參與衛(wèi)星研制的高校，擁有豐富經(jīng)驗

清華大學早在20世紀末就與英國薩瑞大學合作研制了清華－1衛(wèi)星，該衛(wèi)星于2000年6月26日成功發(fā)射。清華大學于2001年開始自主研發(fā)衛(wèi)星，其研制的PS-1、2衛(wèi)星分別于2002年9月和2003年9月發(fā)射。2004年4月18日，其研制的首顆20千克級衛(wèi)星—納星－1成功發(fā)射。加上此次發(fā)射的3顆衛(wèi)星，其獨立或合作研制并發(fā)射了7顆衛(wèi)星。這標志著清華大學微機電系統(tǒng)技術、納衛(wèi)星平臺技術等取得了新的進展。衛(wèi)星研制過程對于激發(fā)青年學子對航天科技的興趣、促進清華大學航天技術人才培養(yǎng)具有重要意義。

哈爾濱工業(yè)大學是我國最早研制衛(wèi)星的高校之一。其研制的首顆衛(wèi)星—試驗－1與清華大學的納星－1一起由長征－2C運載火箭以“一箭雙星”方式成功發(fā)射。此后，其研制的試驗－3、快舟-1和2衛(wèi)星分別于2008年、2013年9月和2014年11月成功發(fā)射。此次紫丁香－2衛(wèi)星是其第5顆衛(wèi)星，與以往不同的是，該衛(wèi)星是我國首顆由高校學子自主設計、研制、管控的納衛(wèi)星，凝聚了哈爾濱工業(yè)大學航空宇航與科學技術、力學、計算機科學與技術、控制工程、機械工程、通信工程、電氣工程、熱能工程等8個學科的本科、碩士和博士研究生，累計吸納了40多名學生參與設計與研制，平均年齡不到24周歲。

浙江大學、國防科學技術大學緊隨其后，更加注重任務創(chuàng)新

浙江大學將目光瞄準皮衛(wèi)星，2005年就將皮衛(wèi)星項目列為學校重點項目。浙江大學研制的皮星－1（質(zhì)量2.5kg）于2007年5月25日發(fā)射，皮星－1A的01星和02星（質(zhì)量均為3.5kg）于2010年9月22日成功發(fā)射。皮星－1是我國首批千克級微小衛(wèi)星，也是國際上功能最為齊全的皮衛(wèi)星之一。此次發(fā)射的皮星－2是浙江大學研制的第三批，亦是第4、5顆衛(wèi)星。

國防科學技術大學研制衛(wèi)星起步較晚，但其更加注重任務創(chuàng)新。其研制的天拓－1衛(wèi)星（2012年5 月10日發(fā)射，質(zhì)量9.3kg）是我國首顆單板納星，即將星務管理、電源控制、姿態(tài)確定與控制、測控數(shù)據(jù)傳輸?shù)然竟δ懿考?，集成在單塊電路板上的微小衛(wèi)星。其研制的天拓－2衛(wèi)星（2014年9月8日發(fā)射，質(zhì)量67kg）是我國首顆采用視頻成像體制的微衛(wèi)星。此次天拓－3包含的4顆0.1千克級“星塵”衛(wèi)星也是我國首批飛衛(wèi)星，包含的“智能”手機衛(wèi)星也是國內(nèi)首顆以商用智能手機主板和安卓操作系統(tǒng)為核心設計完成的衛(wèi)星。

“一箭二十星”發(fā)射的衛(wèi)星一覽表

齊真/文