人造衛(wèi)星或許不如你想象的那么遙不可及。今年，由北京31名中學(xué)生參與研制的人造衛(wèi)星——“豐臺(tái)少年二號(hào)”將升上高空。記者從北京市豐臺(tái)區(qū)了解到，這是該區(qū)依托其航天資源優(yōu)勢，開展的特色航天科普教育之一。目前，衛(wèi)星已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，樣機(jī)將進(jìn)入到真空環(huán)境測試等環(huán)節(jié)。
造衛(wèi)星或許不如你想象的那么遙不可及。今年，由北京31名中學(xué)生參與研制的人造衛(wèi)星——“豐臺(tái)少年二號(hào)”將升上高空。記者從北京市豐臺(tái)區(qū)了解到，這是該區(qū)依托其航天資源優(yōu)勢，開展的特色航天科普教育之一。目前，衛(wèi)星已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，樣機(jī)將進(jìn)入到真空環(huán)境測試等環(huán)節(jié)。
體積為6立方分米，金色的長方體外殼，焊接著幾十塊深藍(lán)色的太陽能電池板，探出一個(gè)黑色的攝像頭，兩根天線則像觸角一樣可以變換方向……昨日，豐臺(tái)區(qū)開展“中國航天日”主題活動(dòng)，現(xiàn)場，幾位來自豐臺(tái)十二中的中學(xué)生掀起“蓋頭”，揭開了“豐臺(tái)少年二號(hào)暨少年夢想二號(hào)”衛(wèi)星模型的面紗。
2016年，“豐臺(tái)少年二號(hào)”的“前輩”——“豐臺(tái)少年一號(hào)暨少年夢想一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地搭載長征十一號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空，這也是我國第一顆由中學(xué)生參與研制的科普衛(wèi)星。與一號(hào)相比，二號(hào)衛(wèi)星體積更大，功能也有所增加。
豐臺(tái)區(qū)教委相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，該課題于2017年4月啟動(dòng)，來自豐臺(tái)、海淀、東城的31名中學(xué)生參與研制，目前已完成了理論學(xué)習(xí)、衛(wèi)星設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的內(nèi)容。昨日展示的是根據(jù)前期方案制作的樣機(jī)，之后將對(duì)其進(jìn)行模擬高空環(huán)境的一系列測試，檢驗(yàn)其工作效果，然后組裝真正用于發(fā)射的衛(wèi)星。今年下半年，該衛(wèi)星將擇機(jī)發(fā)射。
制作 專家指導(dǎo)下學(xué)生全程參與設(shè)計(jì)
一顆人造衛(wèi)星，由設(shè)計(jì)到組裝，都要經(jīng)過一系列復(fù)雜環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)全由學(xué)生“一手包辦”嗎？“豐臺(tái)少年二號(hào)”課題的總設(shè)計(jì)者龔萬驄介紹，人造衛(wèi)星的制作過程學(xué)生會(huì)全程參與，前期也對(duì)這些年齡不一的孩子進(jìn)行了一系列理論培訓(xùn)，但是在超出其專業(yè)知識(shí)和動(dòng)手能力的范疇，會(huì)有專業(yè)老師進(jìn)行指導(dǎo)。
據(jù)透露，從衛(wèi)星功能的設(shè)想開始，學(xué)生們的想法就貫穿其中，相比“豐臺(tái)少年一號(hào)”，學(xué)生們更希望衛(wèi)星具備更加實(shí)際的功能，比如可以讓他們直觀地看到外層空間的影像，因此，“豐臺(tái)少年二號(hào)”新增了遙感功能。后期的設(shè)計(jì)方案也由他們來選擇。模型材料出來后，學(xué)生們要進(jìn)行焊接、組裝，并對(duì)其進(jìn)行真空環(huán)境等一系列測試。將來，人造衛(wèi)星發(fā)射后，他們也將對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行追蹤、通過衛(wèi)星開展通信。
不過，從構(gòu)想階段走向工程階段，如電路設(shè)計(jì)、自適應(yīng)系統(tǒng)、總體把關(guān)等方面，需要系統(tǒng)專業(yè)的知識(shí)，遠(yuǎn)超出學(xué)生現(xiàn)有的水平，這就需要專家進(jìn)行指導(dǎo)。樣機(jī)通過測試后，要進(jìn)行真機(jī)的焊接與組裝，屆時(shí)將使用的航天材料的價(jià)格是現(xiàn)有材料的千倍，極為昂貴，此外其尺寸、安裝方式也會(huì)有所不同，需要非常精密的操作手法才能正確組裝焊接，因此也會(huì)由專業(yè)人士親自上手。不過，樣機(jī)與真機(jī)具有同樣的設(shè)計(jì)與功能，學(xué)生們會(huì)在樣機(jī)上完成所有操作。
功能 “豐臺(tái)少年二號(hào)”屬科普小衛(wèi)星
人造衛(wèi)星數(shù)量多、用途廣，往往承載著現(xiàn)實(shí)使命。龔萬驄介紹，通信、導(dǎo)航、遙感、科學(xué)實(shí)驗(yàn)是人造衛(wèi)星最常見的作用，氣象預(yù)報(bào)、廣播電視就離不開遙感衛(wèi)星與通信衛(wèi)星。“豐臺(tái)少年二號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)通信與遙感功能，升空之后，學(xué)生們可以在特定時(shí)間中向它發(fā)射或通過它接受信號(hào)，也可以通過攝像頭拍攝照片，不過，“豐臺(tái)少年二號(hào)”仍然有別于普通的人造衛(wèi)星，屬于科普小衛(wèi)星，主要達(dá)到科普目的。
“對(duì)功能的要求相對(duì)次要。”他坦承，“豐臺(tái)少年二號(hào)”是按照立方體衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和制造，以爭取更好的性價(jià)比，和耗資上億美元的通信衛(wèi)星、探索宇宙的哈勃衛(wèi)星等存在區(qū)別。
成本 小衛(wèi)星“身價(jià)”目前已超600萬
眾所周知，航空航天材料價(jià)格高昂，一顆能夠承受住太空環(huán)境的人造衛(wèi)星，成本究竟有多高？
據(jù)了解，目前，豐臺(tái)區(qū)已為“豐臺(tái)少年二號(hào)”項(xiàng)目專款投入240萬。為了更好地發(fā)揮其通信效果，豐臺(tái)區(qū)還特意新建了4個(gè)地面站，耗資400萬，也就是說，目前這顆小衛(wèi)星已經(jīng)“身價(jià)”超過600萬。
如果按照正常的“市價(jià)”，成本還遠(yuǎn)不止如此。龔萬驄介紹，為了模擬真空環(huán)境，衛(wèi)星要經(jīng)過一系列測試，比如熱真空實(shí)驗(yàn)中，衛(wèi)星會(huì)被放入一個(gè)巨大的罐子中，抽成真空、注入液體氮?dú)狻⒓訜幔@個(gè)測試會(huì)耗資幾十萬。同類大小的商業(yè)衛(wèi)星要飛入空中，需要搭載火箭，一公斤耗資為3萬-5萬美元，“豐臺(tái)少年二號(hào)”重約8公斤，這樣換算下來就是24萬-40萬美元。不過，由于豐臺(tái)區(qū)擁有豐富的航天資源，后期測試與發(fā)射的成本將大大降低。
花幾百萬元讓中學(xué)生發(fā)射一顆不具備太多實(shí)用價(jià)值的衛(wèi)星是否值得？龔萬驄坦承，制作衛(wèi)星從時(shí)間、知識(shí)、經(jīng)濟(jì)成本來看，都有很高的門檻，不是所有的中學(xué)生都能全程參與其中。不過，他認(rèn)為，這個(gè)項(xiàng)目的意義在于可以輻射知識(shí)+實(shí)踐的理念，其他學(xué)校可以結(jié)合實(shí)際情況，從一部分環(huán)節(jié)來進(jìn)行科普教育。
“比如衛(wèi)星通信的應(yīng)用，學(xué)校可以花一百來塊買天線、幾百塊買一個(gè)對(duì)講機(jī)，小學(xué)生、初中生就能通過這些設(shè)備，接收到幾百公里外太空的真實(shí)信號(hào)，天線的位置、不同的時(shí)間都會(huì)讓衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化，這是非常有吸引力的。”他說，在大城市中，也有不少教育群體有條件來制造衛(wèi)星，上海、浙江等省份已經(jīng)表現(xiàn)出興趣，希望借鑒“豐臺(tái)少年二號(hào)”的模式開展科普教育。
■ 揭秘
人造衛(wèi)星是如何“誕生”的？
“高大上”的人造衛(wèi)星，究竟是怎么造出來的？龔萬驄是無線電專業(yè)背景出身，曾在中科院空間中心工作，也是“豐臺(tái)少年二號(hào)”課題的總設(shè)計(jì)者，以“豐臺(tái)少年二號(hào)”為例，他向新京報(bào)記者揭秘了人造衛(wèi)星誕生的全過程。
制造人造衛(wèi)星，首先從功能入手，厘清它要完成的任務(wù)，然后再從工程角度對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。人造衛(wèi)星的外形結(jié)構(gòu)（稱作“星體”）是需要首先設(shè)計(jì)的部分；之后，為了讓衛(wèi)星能夠在遠(yuǎn)離地球的地方運(yùn)作，需要確定其能源體系，設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)，大部分人造衛(wèi)星都會(huì)通過太陽能電池板給蓄電池充電的方式滿足其能源需求，要焊接多少電池板，需要分析衛(wèi)星的工作狀況。
由于太空中與地球表面的環(huán)境不同，導(dǎo)熱方式也有所變化，相比地面的空氣對(duì)流，外層空間的導(dǎo)熱主要通過輻射與傳導(dǎo)，而衛(wèi)星上的設(shè)備都有其正常運(yùn)行的溫度區(qū)間，因此還要考慮其溫控系統(tǒng)。此外，衛(wèi)星升空后還需要和地面保持聯(lián)系、履行指令，無線電要測遙控系統(tǒng)也需要另行設(shè)計(jì)。
最后，根據(jù)衛(wèi)星所要實(shí)現(xiàn)的不同功能，要搭載相應(yīng)的功能設(shè)備，如攝像頭、轉(zhuǎn)發(fā)器等，這些被稱作“有效載荷”。具備了這些，一顆完整的衛(wèi)星就形成了。之后，用航天材料將其組裝起來，通過一系列測試檢驗(yàn)其工作狀態(tài)，一切就緒后，人造衛(wèi)星就會(huì)“坐上”火箭，被送往外層空間。（記者戴軒）
