上天兩年，44項技術得到驗證，4項首次科學成果發(fā)布，仍有科研成果持續(xù)產(chǎn)出——這是我國首顆“眾籌上天”衛(wèi)星交出的亮麗成績單。

何謂“眾籌上天”？由中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制的衛(wèi)星，搭載來自20余家科研機構、涉及近10個學科領域的16臺載荷，飛上天做空間科學實驗和技術驗證?！昂帽纫惶颂蘸桨啵畮准铱蒲袡C構‘拼盤’一架包機，去往太空完成各自的科學探索?！敝袊茖W院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長張永合釋疑。

眼下，這個被命名為“創(chuàng)新X”的系列衛(wèi)星工程正緊鑼密鼓地研制第二顆衛(wèi)星，開展新一輪的空間科學實驗。近年來，隨著我國對空間領域基礎研究、科技創(chuàng)新的加大投入，航天科技、空間科學快速發(fā)展，未來空間產(chǎn)業(yè)加速布局，這種“眾籌”的科研模式也受到了科學界的廣泛關注。大江東工作室近日走進“創(chuàng)新X”研制團隊，叩問這一模式的創(chuàng)新之處。

空間新技術試驗衛(wèi)星研制團隊。本文圖片均由中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院提供

流程新，打破傳統(tǒng)造“星”模式

“傳統(tǒng)的衛(wèi)星設計通常先由科學家提出科學目標，爭取納入專門的衛(wèi)星項目，再研制載荷，搭載到衛(wèi)星，由運載火箭送上天開展科學探測。而我們‘眾籌’衛(wèi)星的研制流程，恰好倒過來了。”中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院創(chuàng)新X衛(wèi)星總設計師張曉峰說，流程的創(chuàng)新緣自他們曾經(jīng)歷的科研苦惱：從科學實驗目標的提出到太空驗證，需要經(jīng)歷漫長的過程。每年都有很多實驗室的新技術新成果希望上天觀測、驗證，但最終能獲得上天的機會屈指可數(shù)。

2020年，張永合團隊在研制愛因斯坦探針衛(wèi)星時，曾打算將其中一臺寬視場X射線望遠鏡試驗模塊先送入太空，驗證其技術的可行性，以便后續(xù)優(yōu)化研發(fā)，卻苦于找不到合適的搭載衛(wèi)星。

“我們自己造衛(wèi)星的尚且有這樣的苦惱，更何況其他科研團隊？”張永合說，我國大多采用專門科學目標的衛(wèi)星研制模式，比如太陽探測衛(wèi)星上搭載的載荷均與太陽研究相關。由中國科學院國家天文臺、北京大學、同濟大學組成的太陽觀測科學團隊，研發(fā)可探測50萬攝氏度左右的太陽過渡區(qū)的46.5納米極紫外太陽成像儀，這是國際上首次采用多層膜窄帶濾光技術，具有極高的科學價值，但一直在等待太陽探測衛(wèi)星才會有上天驗證的機會。

何不反其道而行之？先找到一同搭航班的乘客，再去洽談“包機”事宜，這樣既能縮減流程，也有望降低成本。張永合團隊的大膽設想，得到了中國科學院的鼎力支持。

2021年初，中國科學院“力箭一號”首飛工程立項，力學所空天飛行科技中心主任、“力箭一號”運載火箭總設計師楊毅強看到了“眾籌”衛(wèi)星與眾不同，愿免費送這顆新星上天。在“經(jīng)費自籌、風險共擔、科學優(yōu)先、過時不候”的遴選原則下，院方發(fā)文在院內(nèi)征集此趟包機的“乘客”。一時間，上百份申請涌向張永合團隊。經(jīng)過一年多遴選，包括46.5納米極紫外太陽成像儀在內(nèi)的十幾個新載荷，拿到了“眾籌”衛(wèi)星的“包機座位”。

“我們把這一新穎的‘湊’衛(wèi)星模式命名為‘創(chuàng)新X’系列，寓意著創(chuàng)新無極限。”張永合說，這是我國的空間科學衛(wèi)星，首次讓天文、量子、遙感、在軌制造等不同領域的載荷“搭乘”同一顆衛(wèi)星。

2022年1月9日，創(chuàng)新X衛(wèi)星在進入真空罐前進行熱控操作。

團隊新，勇挑大梁迎接新挑戰(zhàn)

如果將衛(wèi)星比作馬、載荷比作馬鞍，那么“創(chuàng)新X”項目不同于以往的先有馬再配鞍，而是馬與鞍幾乎同步研制。通常，一顆重量620公斤的科學衛(wèi)星只搭載3臺左右的載荷，而“創(chuàng)新X”首發(fā)星要搭載來自20余家單位的16臺全新載荷，研制團隊碰到了前所未有的挑戰(zhàn)。如何捏指成拳、為“座艙”排好位次？張曉峰說，在一年的研制時間里，每個月都有十幾場溝通會議，一項項搭載需求、一個個技術細節(jié)，就是在一輪輪往復中磨出來的。

全新的科研模式需要全新的團隊，微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院為“創(chuàng)新X”組建了一支由19名科研人員組成的全新團隊，在發(fā)射場同步組建臨時黨支部，凝心聚力、刻苦攻關，完成各項工作任務。這個團隊平均年齡30歲，一半以上沒有航天型號研制的經(jīng)驗，三分之二是85后，8名主任設計師中有6人是首次擔當。1993年出生的徐東曉入職微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院兩年，就勇挑大梁，出任“創(chuàng)新X”星務副主任設計師。

“團隊的優(yōu)點是闖勁足、創(chuàng)新能力強，缺點是經(jīng)驗不足。為此，我們采用雙責任制，即由部門主任和年輕的主任設計師共同負責，有經(jīng)驗的師傅對技術狀態(tài)、質量進行把關，年輕設計師主導項目推進?！睆垥苑逭f。

徐東曉研發(fā)的部分是衛(wèi)星的中樞神經(jīng)，負責所有載荷的運行管理和數(shù)據(jù)傳輸。盡管前期溝通充分，明確了各載荷之間的通信接口協(xié)議，但進入實操后，仍出現(xiàn)了不少錯誤。在老師傅的指導下，徐曉東把各家的問題整理成冊，讓大家傳閱，避免繼續(xù)“踩坑”。如今徐東曉也成了老師傅，在另一個項目上帶著新的科研人員。

管理上的革新帶來了質量把控上的新問題，團隊對研制中的每個質量問題都不放過，堅持“小題大做”。有一次，研制團隊發(fā)現(xiàn)了一個低級錯誤——把一根電纜插錯了。對待該問題，研制團隊召開全員大會進行“檢討”，張曉峰嚴肅地對團隊成員說，這些載荷是科學家在實驗室里摸索了很久的心血，如果這顆衛(wèi)星沒做好，最傷心的將是信任我們、對空間科學實驗寄予厚望的科學家。同時，對待那些航天經(jīng)驗欠缺的載荷研制團隊，“創(chuàng)新X”研制團隊在對待載荷質量問題時，把過去“誰的錯誰負責改”調整為“誰方便誰來改”，及時更改相應的設計去適應載荷。

“質量可靠、嚴控成本、平臺保成功”，是研制團隊心里繃緊的一根弦?！皩ξ覀兌?，這不僅是一項任務，更是一次創(chuàng)新的機會，因為這是眾籌項目，各家單位科研經(jīng)費十分有限，我們要竭盡所能爭取效益最大化。錢學森老先生有一句名言在工程控制領域廣為流傳：‘只要自動控制做好了，即使元器件差一點，導彈也能打上天’?！睆垥苑逭f，衛(wèi)星如果選用精度0.001°/s以上的陀螺儀，這塊的成本就會從幾十萬元增加到幾百萬元，權衡之下，團隊決定選用精度0.003°/s的陀螺儀，并通過控制方法與系統(tǒng)設計，達到預期設計目標。

2022年春節(jié)前夕，火箭發(fā)射箭在弦上，研制團隊必須趕在大年初一前，讓“創(chuàng)新X”首顆衛(wèi)星順利完成熱試驗。團隊倒排工期，在僅有的12天測試時間里，從總設計師到科研人員全員上陣，吃住在單位，衛(wèi)星測試24小時連軸轉，團隊實行兩班倒，直至除夕衛(wèi)星順利通過測試，用實際行動詮釋了科研工作者的敬業(yè)與擔當。

2022年4月，研制團隊分為“接衛(wèi)星”“送衛(wèi)星”“運衛(wèi)星”三批隊伍，接力護送衛(wèi)星到發(fā)射場。受當時疫情影響，發(fā)射過程中，原本30-40人的人員配置被縮減至7人，一個人要守住一塊陣地?！皠?chuàng)新X”研制團隊堅守到了火箭成功升空的最后一刻，也因出色完成“創(chuàng)新X”首發(fā)星任務，成為獲得2023年中國科學院“年度團隊”稱號的兩個團隊之一。

2022年3月18日，創(chuàng)新X衛(wèi)星封艙前進行狀態(tài)確認檢查。

模式新，航班式“驗證平臺”激發(fā)創(chuàng)新熱情

2022年7月27日，“力箭一號”運載火箭將“創(chuàng)新X”首發(fā)星成功送入500公里高度的預定軌道。此后半年，新技術得到驗證、載荷獲得新發(fā)現(xiàn)的好消息，不斷傳回地面：打破人類探測伽馬射線暴的亮度紀錄，在國際上首次獲得寬視場X射線聚焦成像天圖，獲得我國首幅太陽過渡區(qū)圖像，國產(chǎn)量子磁力儀首次空間應用并獲得全球磁場勘測圖……

豐碩的成果，顯示了“眾籌衛(wèi)星”在科研范式上的創(chuàng)新價值。張永合認為，盡管每個載荷的目標任務不同、科學觀測的對象和觀測的時長不同，但只要合理規(guī)劃，安排好位次和時序，都能在一顆衛(wèi)星上找到合適的“座位”。隨著實踐經(jīng)驗不斷積累，單個載荷的上天成本有望進一步降低，將更加順應我國空間科學當下旺盛的科研需求。

“2000年左右，我國每年發(fā)射科學衛(wèi)星約20顆，到2020年后，增加到60-80顆。隨著我國空間科學的蓬勃發(fā)展，新的空間科學技術需要得到快速驗證、迭代。放眼全世界，低成本、短周期的商業(yè)航空，正在顛覆、取代傳統(tǒng)的航天模式，比如Space X的可回收火箭，星鏈計劃已發(fā)射幾千顆衛(wèi)星。”創(chuàng)新X衛(wèi)星總指揮陳雯說。

研制團隊做了研發(fā)成本對比發(fā)現(xiàn)，以2016年發(fā)射的我國首顆全球二氧化碳監(jiān)測實驗衛(wèi)星為例，衛(wèi)星平臺研發(fā)成本1.2億元，載荷成本1.2億元，而“創(chuàng)新X”首發(fā)星的衛(wèi)星平臺研發(fā)成本約3000萬元、載荷成本約5000萬元，大幅縮減。如果由30個研發(fā)團隊平攤火箭、衛(wèi)星平臺、發(fā)射服務等費用，每個團隊大約需支付300-400萬元。

更顯著的改變在于，“創(chuàng)新X”系列衛(wèi)星不再走以往科學衛(wèi)星為載荷量身定制的路線，研制團隊對衛(wèi)星平臺進行了改造，有很好的適應性，也可根據(jù)載荷需要進行一些改造，即便臨時調換載荷，也無需推倒重來?！皠?chuàng)新X”讓衛(wèi)星變得更加通用，可以適應不同載荷的需求，為新型載荷、新技術產(chǎn)品提供一個開放式、寬適應、低成本的試驗平臺。

張永合介紹，微小衛(wèi)星正按照50公斤、200公斤、600公斤三個系列進行研制，如果一顆衛(wèi)星可以搭載20-30個載荷，每年有2-3個固定“航班”，提供比較確定可及的空間驗證機會，科學家可以像申請大科學裝置的機時一樣申請?zhí)赵囼灥臋C會，創(chuàng)新熱情將會被充分激發(fā)出來，這將大大激發(fā)我國空間科學的創(chuàng)造力。他建議，未來可以嘗試將科學探測和商業(yè)驗證“混搭”，即一顆衛(wèi)星既搭載科學實驗載荷，也搭載一些有商業(yè)應用價值的技術驗證載荷，以此平抑成本，讓眾籌模式得以持續(xù)發(fā)展下去。

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