2015年9月,長征六號運載火箭創造了一箭20星的亞洲紀錄,包括兩顆浙大皮星二號
萬眾矚目的長征七號剛剛在文昌首射成功,6月29日,實踐十六號02衛星“乘著”長征四號乙運載火箭,從酒泉衛星發射中心順利升空,進入預定軌道,將開展空間環境探測及技術試驗應用。
人造地球衛星離我們非常遙遠,人們看不見、摸不著,其實,我們早已經習慣于時時享受衛星的惠澤,電視直播、天氣預報、導航等,都是衛星提供的服務……一言以蔽之,離開衛星現代人類幾乎“寸步難行”。
“隨著技術進步,衛星尺寸和研制成本不斷下降,普通企業甚至個人租用或購買一顆微小衛星來實現夢想,已逐漸成為可能。”
浙江大學微小衛星研究中心工作人員在展示“皮星一號”模型
浙江新聞客戶端專訪了浙江大學微小衛星研究中心副主任王慧泉副教授,他告訴記者,很多顆小衛星以組網的方式,在某些方面可以實現大衛星無法實現的功能,小衛星或小衛星網絡提供“私人訂制”服務,已經不再是夢了。
今年浙江省科技周上展出的“皮星二號”
平臺載荷比達1:1世界領先
最快幾天就能完成組裝發射
早在2010年9月22日,浙大微小衛星研究中心研發的兩顆“皮星一號A”小衛星,就由長征二號丁運載火箭順利送入軌道。這是我國首批公斤級衛星(也稱為皮衛星,簡稱皮星)。
“皮星一號A”衛星是一個邊長僅為15厘米的立方體,重3.5公斤,外身披著36片太陽能電池,對地面安裝了一個由浙大光電系研制的半球視場全景鏡頭,用于地球成像實驗。“皮星一號A”位于離地面645公里高的圓形軌道上,每96分鐘繞地球一圈。它們每天與西安衛星測控中心有一次通信,傳回衛星軌道、健康數據等信息。
2015年9月,我國新一代運載火箭--長征六號運載火箭創造了一箭20星的亞洲紀錄,其中就有兩顆浙大的 “皮星二號”衛星。“皮星二號”平臺只有10公斤,卻攜帶了9.6公斤的載荷,平臺載荷比近1:1;也是全球首顆攜帶大型撓性展開機構并實現三軸穩定姿態控制的皮納衛星;其攜帶的輕質高收納比展開機構,收攏時長寬高僅為0.3米、0.3米、0.25米,展開后直徑1.6米。
大小衛星分類
皮納衛星大都采用工業級器件研制,這些器件從民用市場上就能采購到,成本也從傳統衛星所需的幾億甚至幾十億,降低到幾百萬人民幣,不過,其品質卻達到了航天級的水準——兩顆“皮星一號A”衛星已經在太空中遨游5年多,至今仍在工作,兩顆皮星二號衛星也已在軌工作近1年。
據王慧泉透露,通過兩輪四顆皮納衛星的研制,浙大微小衛星研究中心掌握了衛星一體化設計和制造技術,衛星主要零部件均為自主研發。
皮衛星由于成本低廉,早期主要作為高校航空航天專業的實驗教學器材,主要用于培養學生研制衛星的能力。近十年來,隨著技術的進步,皮衛星可以實現的能力越來越強,逐步用于新技術試驗、通信、對地遙感等領域。如今,皮衛星研發周期已縮短到1-2年,甚至出現了數周乃至幾天即可完成組裝發射的皮衛星,而發射也只需短短幾天,可以滿足快速響應的需求。
“皮星一號A”衛星自帶相機向地面傳回的地球照片,由360度全景光學相機拍攝,圖片中央為拍攝盲區,鏡頭甚至拍攝出了衛星的測控通訊天線和固定鏡頭的螺絲
只需1-2分鐘重訪我國任意一地
大衛星能做的許多事小衛星也能做
隨著信息、材料等技術一日千里,小衛星正在大規模拓展航天應用領域。那么,今天的小衛星究竟能做到些什么呢?
“大量的小衛星組網后,其時間分辨率比大衛星有極大的提高。”王慧泉舉例道:“在五六百公里高度軌道上,衛星環繞地球一圈約100分鐘,單顆衛星對某個地方的重訪周期可能需要兩三天之久——這就是時間分辨率。而由24顆小衛星組成星座,則可以做到1-2分鐘重訪中國國土上的任意一個點!”
而由多顆微小衛星組成的星座,還可以進行空間分布式測量。“比如我們參與的歐盟QB50項目,一枚運載火箭將50顆皮衛星發射到320公里高的軌道上,實現對90至320公里高度上大氣層物理特性探測研究,可以改進大氣模型。”王慧泉介紹道,大氣模型是氣象預報的基礎,高層大氣模型的改進可以進一步提高現在的氣象預報準確度;另外像“神舟”飛船等返回式航天器,其預測的返回點位置也與大氣模型精確度緊密相關,大氣模型不準確,預測的返回點位置與實際返回點就會出現偏差,有可能造成難以預測的危險。
分布式測量小衛星星座,在應急救援、搶險救災等非常時期可以發揮特殊作用,可以進行地震、海嘯等地質災害勘測,還能在地面通訊設施被嚴重損毀的情況下進行應急通訊。
浙大微小衛星研究中心工作人員參與皮星安置工作
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介紹說,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、天文觀測等高大上領域,具體應用方面,包括艦船定位、大氣PM2.5測量、漁業糾紛取證、工廠發貨業務量評估、危險品運輸車跟蹤……
甚至,把通訊基站放到太空軌道上,就實現了天基互聯網。“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。”
一句話,原來依賴大衛星做的許多工作,現在皮衛星也能做了。
浙江大學微小衛星研究中心主任金仲和教授與“皮星一號A”備份衛星
量產后單價有望降到三五百萬
閑時出租服務費能便宜到你不相信
據王慧泉介紹,幾百公斤級的大衛星價格普遍過億,而皮納衛星目前價格基本在1000萬左右,如果達到幾十顆的量產規模,單價有望降到三五百萬。
三五百萬,就是杭州市區普通地段一套100多平米公寓的總價。在藏富于民的浙江,買得起的人可謂多如牛毛。
“如果有公司把小衛星服務投入商業化運營,實現‘互聯網+小衛星’,那么就能以很低的價格實現衛星私人定制。”
王慧泉還提出另一種更低成本的模式——小衛星以“主業”為主,但把空閑時間的使用權出租給有關公司,公司再利用這些空閑資源,面向普通用戶提供各類服務,相當于在此期間把衛星轉租給用戶,那就可以做到更加低廉。
雖然我們生活中已經時刻在享受由衛星提供的服務,但目前還沒有私人的個性化定制服務。王慧泉說,“我相信未來私人租用衛星可能成為一股風潮。”
想象一下,或許在不遠的將來,你手機的應用商店里,可以免費下載一款APP應用,通過它,你可以調用一顆、甚至幾十顆小衛星,從太空中為你的家人、好友、同事或同學,拍出集體大合影,圖案想怎么擺就怎么擺,景深想要多大就可以做到多大——一連100張航拍鳥瞰的高清照片,背景不斷放大、放大、放大,從一個操場,到一條街區,到一座城市,到浙江省,到華東地區,到全中國,到亞歐大陸東端……最大的背景就是整個地球!這夠不夠狂拽炫酷叼炸天?
這一點,是大疆的航拍無人機絕對做不到的。
“我們的皮納衛星平臺,載荷能力可以達到30公斤,總功率一般為20到30瓦,峰值功率可以到300瓦,約一半功率可供載荷使用。
30公斤、150瓦,在這個范圍內,已經可以滿足許多應用需求了。
或許不久以后,你就能像用滴滴、神州叫車一樣,隨時隨地手機上打開一個APP,就能能調遣小衛星星座為你服務
衛星像滴滴專車一臺手機隨叫隨到
我們離那一天還有多遠?
最近這個10年里,民間資本唱主角的航天商業化大潮,在全世界洶涌澎湃。
在政府的扶持之下,歐美崛起了以SpaceX為代表的一批新興商業航天企業,這些航天的“新生力量”帶來了全新的思維方式、發展理念和商業模式,他們創新技術,降低成本,顛覆了航天發射、衛星應用等領域的傳統發展模式。
成功者的示范效應,也吸引了更多的企業涉足商業航天領域,而互聯網巨頭更是其中的積極力量。2014年,谷歌提出投資10億美元,建立一個包括180顆衛星的星座計劃。近年更有多家互聯網企業、SpaceX等提出多項百顆衛星甚至數千顆衛星的商業計劃,并已開始實施。
在我國,商業航天的發展也迎來了重大利好,政府不斷出臺政策助力商業航天的發展。
2007年,國防科工委、國家發改委出臺《關于促進衛星應用產業發展的若干意見》,加速衛星應用產業發展。2014年,國務院發布60號文件,鼓勵民間資本研制、發射和運營商業遙感衛星,提供市場化、專業化服務。
2015年10月,國務院發布《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015~2025)》,支持民間資本開展增值產品開發、運營服務和產業化推廣。
“以前國家管控很嚴,只有國有機構具備衛星研制資質,想發射衛星也不容易。”王慧泉告訴浙江新聞客戶端,“現在國家看到了商業航天發射及應用是趨勢,政府層面支持、鼓勵國內航天成果市場化的力度越來越大。”
或許,未來小衛星服務會像滴滴專車一樣,能夠一臺手機隨叫隨到,為我們提供各種各樣的服務。