沪上"小魔方"玩转微纳卫星"大天地":"85后"团队担重任

　　只有半个餐巾纸盒大小的卫星，你可见过？它可是处于国际微小卫星发展最前沿的立方星。9月25日，我国长征十一号运载火箭载着四颗卫星飞向太空，其中就有3颗立方星。记者从它们的诞生地上海微小卫星工程中心获悉，这3颗星已成功入轨运行，并将第一批数据传回地面测控中心。

　　这是我国首批上天的立方星。十年前，立方星就开始在欧美发展起来。2013年，上海微小卫星工程中心引入了“千人计划”吴树范教授，通过组织科研团队，提供条件保障，在短短两年时间内，搭建起了从设计、研发到测试，以及地面测控与管理等一系列平台，带动国内20多家大学、科研机构和企业投入立方星技术和产业的发展之中。

　 　“魔方卫星”带来卫星产业新冲击

　　立方星看上去像只魔方，里面却是五脏俱全——不到10厘米的计算机主板可以管理卫星姿态、热控和应用载荷等所有星载系统；集成电路只有几十克重；动量轮仅拇指大小；用来星地间通讯的天线，只有1元硬币大；联通各设备的导线不足1毫米粗……

　　“只要把这两三个‘魔方’连在一起，就可以实现许多大卫星所承担的功能。”吴树范教授说，“这次上天的‘上科大二号’A星，就带了一个微型相机，可以监测南北极融冰情况，为北极航道勘探、‘雪龙号’南极科考提供数据服务。”要知道，用一颗传统卫星来实现这一功能，投入的研制经费数以亿计，而研制这样一颗立方星的费用仅数百万元。

　　低成本，正是立方星带给全球卫星产业的新一轮冲击。

　　国际上将重量小于1吨的卫星，称为小卫星。英国萨里大学引领的“体重”在百公斤量级的小卫星技术，在30年前给卫星产业带来了第一次冲击，在许多高需求领域承担起重要角色；而在十年前，得益于微电子技术的飞速发展，功能相对单一但研发成本极低的微纳卫星开始高速发展。自2003年首次发射升空，立方星如今已进入许多实际应用领域，并于2014年入选《科学》杂志“2014年全球十大科学突破”。

　　“目前已有300多颗立方星上天。根据估算，到2020年，每年就将有500多颗发射升空。整个微纳卫星产业将超过20亿美元。”吴树范说，他在欧洲多个航天机构工作过，立方星已从起步之初大学生的“练手项目”逐步演变成微纳卫星发展的一个主流方向。于是，他决定回国，出任微小卫星工程中心副总工程师，组建新技术研究室，为中国发展立方星。

　 　三星上天，小试牛刀

　　作为我国首批上天的三颗立方星，“上科大二号”在某些技术上已走到了世界前沿。比如，星上微推力技术，可以在百万分之一牛顿的量级上，对卫星姿态进行细微调整，使其在对地观测或深空科学观测中保持稳定。又如自适应组网技术，允许新星上天后，自动融入到原有卫星网络中，使卫星“天网”可以不断扩容。更值得一提的是，小小的立方星还能够实现变轨和编队绕飞等许多大卫星往往都不具备的轨道机动能力。卫星发射后的第二天晚上，当“上科大二号”C星过境，位于浦东张江高科园区的立方星地面测控中心再次收到了它传来的数据。到9月28日晚，两天时间内共收集到12463架次飞机的数十万条播报信息，可以提供覆盖全球的航行动态图。

　　“有了这套测控系统，卫星和地面就能相互对话和通信了。”卫星通信系统和地面测控中心的负责人何涛博士说，“我们无需借助国家统一的卫星测控网络平台，在业余无线电频段内就可以完全实现对卫星的控制。”这一是为了顺应微纳卫星“低门槛”的发展趋势，二是为了今后商业应用打基础。

　　当卫星研发投资高达十几亿元时，其研发几乎只能依靠国家投入，可当研发投入降低至数百万元量级，则有更多企业会愿意组建自己的微纳卫星网络。“就拿民航导航信息来说，现在航空公司只能支付昂贵的租金，租用他国商业卫星来获取国际航班的飞行信息，未来或许它们会愿意建设自己的专用卫星网络，利用微纳卫星星群实现对全球民航飞机的实时监控与管理。有了这样的卫星系统，今后遇到类似马航370飞机失踪事件，将可大大缩短搜救时间。”吴树范说。

　　“85后”团队为立方星“注入灵魂”

　　由于体积变小，卫星的功能密度变高，立方星研制的大量设计、试验规范，都无法套用原有卫星研发的技术规范，必须从头摸索。一支初生牛犊不怕虎的年轻技术团队，承担起了这一重任。立方星团队几乎都是85后，18位平均年龄26岁的刚毕业的硕士、博士是主力军，还有部分上海科技大学年轻的90后。即使有经验的几位副总工程师、主任设计师，也几乎全是80后。

　　还有更多没有现成范式的新技术，需要年轻研发人员“脑洞大开”寻求解决方法。“我们用的卫星测控频段被无线电爱好者广泛使用，这些信号在卫星过境期间可能严重影响卫星遥测信号的接收，这一点曾一度让我们很苦恼。但后来发现，业余无线电爱好者其实还为我们提供了不少新思路。”测控分系统研发人员张璇说，测试过程中需要的低噪声放大器等设备请专业机构来研制成本很高，时间上也来不及，结果他们借鉴业余无线电通信的已有经验和产品，通过网络从海外甚至国内淘宝上购买业余无线电产品，进行改造之后完成了设备测试，同时也节约了成本和时间。

　　在立方星这个新兴领域，即使国际最先进的技术也尚不成熟。“上科大二号”所用的微推力器来自瑞典，85后研发人员李昭在测试中发现了许多问题，提出许多有效优化方案，让合作方进行了六七次较大的修改。最后，还在不到5毫米的操作空间里，将瑞典合作者需要的一段程序烧进了已装进立方星的主板中。“一不小心就可能造成整颗星短路，连接过程中慎之又慎，非常沉着细心，连接后我反复检查，确保整星安全。”他说，我方团队的技术实力，以及认真与执着的工作精神，也赢得了对方的尊重和信任。

　　“白+黑”、“5+2”几乎已是中国航天领域的传统。吴树范说，研发团队已经近一年没有完整休息过一天，好几个年轻人的婚礼和婚假一推再推，今年国庆节期间准备安排大家轮休，享受一下风雨过后见彩虹的成功喜悦。