“众筹”卫星如何“包机”上太空？

传统卫星发射流程冗长，许多新技术难以快速验证。中国科学院微小卫星创新研究院通过“众筹”模式，集结科研需求，定制“卫星航班”，大幅缩短发射周期并降低成本，为快速验证和应用新技术提供了高效途径

文 | 吴雨航

编辑 | 李皙寅

当前，中国在轨卫星数量已经超过900颗。

在这规模庞大的“群星”中，其中有一颗形状酷似蜻蜓、重620千克的卫星，它的名字叫做空间新技术试验卫星。

2022年7月27日，空间新技术试验卫星作为主星，同其他五颗卫星一起，乘着“力箭一号”进入500公里高度的太阳同步轨道。

发射成功后的半年内，空间新技术试验卫星接连发布了两批科学成果，创造了科学研究上的多个“首次”：国际上首次获得宽视场X射线聚焦成像天图、打破人类探测伽马射线暴的亮度记录、获得我国首幅太阳过渡区图像、国产量子磁力仪首次空间应用并获得全球磁场勘测图……截至目前，这颗卫星已完成44项新技术的在轨验证。

中国科学院微小卫星创新研究院

这颗由我国科学卫星领域主力军——中国科学院微小卫星创新研究院（简称卫星创新院）——自主研制的空间新技术试验卫星，还有另一个名字——“创新X”系列首发星。

该院副院长、科学卫星总体研究所所长张永合告诉我们，“创新X”意味着创新交叉、创新无极限。

作为我国微小卫星及相关技术领域的总体单位之一，卫星创新院已成功发射包括北斗三号组网卫星、暗物质粒子探测卫星、量子科学实验卫星、天宫二号伴随卫星、太极一号卫星、爱因斯坦探针卫星等126颗卫星。

在这些已发射的卫星中，空间新技术卫星是个特别的存在。特别在何处？这颗“新”卫星，又如何创新一个科学范式？让我们从它的诞生说起。

01

“众筹”一颗卫星上天

火箭、卫星、载荷都是太空的常见“旅客”。

然而，多数时候是由搭载在卫星上的载荷来完成特定的太空任务，如地球观测、天文观测、空间研究等。所以我们可以把火箭、卫星理解为输送载荷的交通工具。

2021年年初，中国科学院“力箭一号”运载火箭首飞工程立项。为了充分利用火箭的运载能力，空间新技术试验卫星获得了一个被搭载上天的机会。

按照常规流程，通常是先确定科学目标，再依照目标设计载荷仪器。即先召集好“乘客”，再根据乘客的特性设计卫星，最后研制运载火箭。

然而空间新技术试验卫星面临的情况是，最大的运载工具先定下来了，那卫星上的乘客哪里来？又要根据哪些乘客来设计卫星？

图源 IC

这一切都是未知数。

于是，卫星创新院决定遵循“经费自筹、风险自担、科学先行、过时不候”的选拔原则开展乘客海选。

简单理解，要想搭载上这颗空间新技术试验卫星，载荷单位需要自行筹集资金进行载荷研发，但同时也要承担发射失败的风险。另外，作为科学研究卫星，它需要验证新技术、新材料、新器件等，这对载荷的科学意义要求很高。最后，如果未能在卫星研制周期里研制好的载荷，就会错失这次“上天”的机会。

尽管要求严苛，但中国科学院各单位申请积极，很快就涌来了上百份申请。进行第一轮筛选后，“创新X”团队认为这颗卫星还缺少“主角”，需要再选取一些有亮点的乘客。于是团队又“主动出击”，说服各载荷单位和首席科学家，最后成功邀请到龙虾眼X射线望远镜等重量级乘客。

就这样，19个载荷终于“凑”成了一颗卫星。

通过“众筹”模式来发射卫星，这在中国卫星发射史上还是第一次。据了解，此前空间科学卫星多采用专业卫星的模式，有既定的科学目标，如太阳观测、量子通信等，搭载的也是同一类型的载荷。这导致很多新技术和新产品难以纳入国家任务型号的火箭和卫星发射任务中。

然而在这颗卫星上，科学探测、新型遥感相机、空间环境监测和新技术验证四个不同类别的载荷都找到了自己的位置，总共涉及天文、量子、遥感、在轨制造等近10个学科领域。

可以说，空间新技术试验卫星由此开创了“众筹”卫星的新范式。

要知道，从1958年中国第一颗人造卫星“东方红一号”提出计划，到1970年成功发射，经历了12年时间。即便随着研制技术的发展，在传统模式下，大卫星的研制周期一般在5年左右，小卫星的研制周期一般也要2年左右。

然而这颗“众筹”卫星，在一年半的时间内就成功实现了从立项批复到发射，跟上了火箭发射的大部队，大幅缩短了研制周期。同时采取“经费自筹”的方式，分摊了研发成本，也激发了科研创新的活力。

中国科学院微小卫星创新研究院

02

在轨验证需求亟待满足

在轨验证，是航天发展的关键环节。

这是火箭、卫星等航天产品研制的“必经之路”：先关键技术验证再实施建造。每一次成功的航天任务，都建立在前期数次的验证基础上。

因为在太空微重力、强辐射、高真空等许多不同于地面的特殊环境条件下，能揭示在地面重力掩盖下物质的特殊规律。将航天产品的鉴定件送上太空，能更好地确认和改进航天技术的准确性、真实性和有效性，推动技术进步。

近年来，随着航空航天技术的进步、未来空间产业布局的加快，新技术快速验证的需求愈发旺盛。

据不完全统计，今年上半年，中国共实施30次发射任务，其中有5次商业运载火箭发射。

然而，由政府主导的传统航天模式，航天项目的研发周期长、环节多，面对旺盛的在轨验证需求无法一一满足。

科学卫星总体所副所长、创新X卫星总指挥陈雯告诉我们，传统的航天模式无法满足许多新技术快速验证的需求，制约了技术的迭代和创新。

在这样的背景下，卫星创新院决定开展创新，“众筹”模式应运而生。

张永合对我们介绍称，空间新技术试验卫星搭载的载荷，大部分都是在航天领域就差“临门一脚”的基础研究和新技术。如果验证这些研究和技术，将为实现重大科学突破提供基础。

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2024年1月爱因斯坦探针卫星（EP）的成功发射就证明了这一点。这颗卫星在国际上首次大规模运用“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技术，而此前龙虾眼X射线望远镜正是空间新技术试验卫星上的一个重要载荷。在轨试验期间，它成功获取“首光”图，担好了“探路者”的角色。

03

商业航天即将开启

“航班式验证”

商业航天虽然仍然具有传统航天长周期的特性，但如果能抢先发展、缩短时间，就意味着更低的成本和更大的优势。所以在全球商业航天的激烈竞争中，谁能短时间内完成关键技术在轨验证，就能尽早开启建造、发射，最终在竞争中抢占先机。

对于商业航天公司而言，成功的在轨验证还是提升投资者和客户信息的“强心剂”，有助于吸引更多的投资和合同，从而实现商业闭环。

“不仅是一次任务，更是一次机会。”张永合这样形容空间新技术试验卫星的发射。

“众筹”模式正为满足商业航天领域的在轨验证需求提供机会。

研发团队的工程师们用一个精妙的比喻来形容自己的工作：空间新技术试验卫星就像一架航班，各个有效载荷是乘客，而自己是这架航班的乘务组，主要工作是在卫星上为它们找到合适的“舱位”，并为它们服务。

每个载荷都有不同的科学目的和需求，而乘务组首先要做的是将每位乘客的需求调研清楚。卫星研发团队与载荷研发团队一一对接，定期召开载荷协调会，加强需求协调和跟踪研制进展。

但是，“过时不候”的原则意味着其中有许多不确定性因素，实际过程中的确出现了有的载荷赶不上发射，只好中途下车的情况。

面对这些不确定，卫星研发团队也有应对策略。与专业卫星依照定好的载荷提供个性化设计不同，团队在考虑各个载荷个性化需求的同时，还采取通用化设计以满足多类型载荷。例如设置了丰富的接口，同时还具备高精度对日观测、对地成像、惯性定向等多种观测模式。

所以，这是一个可扩展、可多次重复利用、可根据需要改造的平台，对搭载不同载荷的灵活性极大增强。它为新型载荷、新技术产品提供了一种宽适应、低成本、可持续的试验平台。

“最后乘客的感觉非常好，我们乘务组也非常欣慰。”创新X卫星热控主任设计师刘鎏对我们如是说。

新型载荷低成本的快速验证设计理念、“航班式验证”的新模式为商业航天的发展提供了“加速器”。

中国科学院微小卫星创新研究院

04

卫星研制降本增效，

商业航天未来可期

当前，商业航天已成为一片亟待开拓的新蓝海。2024年《政府工作报告》中将商业航天纳入新增长引擎之列。数据显示，2023年我国商业运载火箭的发射次数和成功率显著提升，共实施发射13次，相比2022年的5次同比增长160%。据相关数据统计，2023年中国商业航天领域新增企业数量为113272家，同比2022年的87844家，增长了28.95%。有关报告预计，中国商业航天产业规模今年将突破2.3万亿元。

降本增效，是商业航天持续追求的目标。空间新技术试验卫星的研制也提供了可借鉴的模式。

由于是“经费自筹”，卫星创新院面临控制成本的需要。据了解，卫星研制产业的难点在于卫星设计和供应链问题，在卫星设计中，有效载荷、姿轨控系统、电源系统价值较高。

解决这个问题，卫星创新院有天然优势。据科学卫星总体所副所长、创新X卫星总师张晓峰向我们介绍称，依靠中科院的现有卫星研发技术，“创新X”卫星平台的后续研发成本几乎为零，可直接生产。同时，据了解，卫星创新院还成功打造了卫星批量化生产新模式，实现了像生产汽车一样生产卫星。

一年半的短周期的研制也在提高载荷研制效率上起到了重要作用。由于时间紧张、过时不候，为了抓住这次免费上天的机会，各载荷单位全力以赴，投入到创新研制中来。

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另外，空间新技术试验卫星还通过探索鉴定件再利用的方式，缩短加工周期，降低成本。鉴定件再利用是指，将之前已经经过鉴定级试验的产品在控制风险、保证安全的情况下再次利用。

在“力箭一号”首飞一周年之际，商业航天公司中科宇航董事长兼总裁杨毅强与微小卫星创新院张永合总师共同宣布了“创新X”科学航班计划：每年搭载4颗50kg级科学微纳星，2颗100kg级科学微小卫星，1颗600kg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。

卫星创新院还在探索更多可持续发展的可能。未来的卫星航班上，团队将考虑合理配置以科学研究为主的载荷和有经济价值的载荷，实现卫星研制成本覆盖。张永合透露，目前已有不少企业希望付费搭乘上“创新X”系列航班。

可以预见在不久的将来，随着科学技术的不断发展和航天模式的不断创新，民营力量将同国家力量一起，探索更广阔的星辰大海。

（本文作者是《财经》实习生）

责编：秦琪