在位于北京的衛(wèi)星研發(fā)工廠，工作人員對“海南一號”衛(wèi)星進(jìn)行總裝和集成測試。圖片由受訪對象提供

近日，中國航天界傳來一則好消息：運(yùn)載9顆“吉林一號”高分03系列衛(wèi)星的長征十一號運(yùn)載火箭在我國黃海海域成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)我國首次海上商業(yè)化應(yīng)用發(fā)射。這則消息如云間透出的陽光，照進(jìn)中國科學(xué)院空天信息研究院海南研究院(以下簡稱中科院空天海南研究院)院長楊天梁的心頭，暖意洋洋，也更堅(jiān)定了他的信心。

5年前，中科院空天海南研究院著手籌劃“海南一號”衛(wèi)星項(xiàng)目，經(jīng)過反復(fù)研討，逐漸發(fā)展出由“海南一號”6顆光學(xué)衛(wèi)星、“三亞一號”2顆高光譜衛(wèi)星和“三沙一號”2顆SAR(合成孔徑雷達(dá))衛(wèi)星組成“海南衛(wèi)星星座”的想法。“通俗地說，海南衛(wèi)星星座全部發(fā)射后，對保護(hù)漁民遠(yuǎn)洋作業(yè)、及時開展海上事故搜救等工作意義重大。”“海南一號”衛(wèi)星項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師、三亞中科遙感研究所副所長王雷說。

作為“海南衛(wèi)星星座”的首發(fā)陣容，“海南一號”衛(wèi)星研制項(xiàng)目已被列入海南省重大科技計(jì)劃項(xiàng)目。作為項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師，楊天梁像頭早起的黃牛，拉著“海南衛(wèi)星星座”這架“犁”，耕耘在海南商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)這片“晨曦中的沃野”，“我們希望通過發(fā)射‘海南一號’衛(wèi)星，走出一條從研發(fā)、制造、發(fā)射到應(yīng)用的海南商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)之路，實(shí)現(xiàn)‘海南星海南造、海南發(fā)、海南用’。”

光學(xué)衛(wèi)星搭載“千里眼”

“海南一號”載荷相機(jī)可從500公里外拍攝分辨率最高1.5米的照片

不久前，在中國遙感衛(wèi)星地面站三亞站，“海南一號”一期4顆光學(xué)衛(wèi)星成功完成了星地對接試驗(yàn)。目前，4顆衛(wèi)星正分別在北京、深圳兩地的衛(wèi)星研發(fā)工廠進(jìn)行總裝和集成測試，首批爭取于今年底發(fā)射。

“星地對接試驗(yàn)是為了驗(yàn)證衛(wèi)星系統(tǒng)和地面系統(tǒng)之間接口的一致性、匹配性和正確性，而集成測試是測試所有系統(tǒng)是否工作正常，這影響著衛(wèi)星上天后能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。”王雷介紹，在“海南一號”衛(wèi)星項(xiàng)目建設(shè)中，分為衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)、地面系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)三個部分。在其中的衛(wèi)星系統(tǒng)里，又細(xì)化為平臺、載荷和運(yùn)載三個分系統(tǒng)。這聽起來有些深奧，王雷打了一個比方：“衛(wèi)星平臺相當(dāng)于貨車，有效載荷相當(dāng)于車上的貨物，運(yùn)載就是火箭。”

而載荷就是衛(wèi)星系統(tǒng)中的關(guān)鍵，對衛(wèi)星能否發(fā)揮作用至關(guān)重要。“‘海南一號’衛(wèi)星是光學(xué)遙感衛(wèi)星，載荷之一就是相機(jī)，幫助衛(wèi)星從500公里遠(yuǎn)的空中對地面拍照。”王雷說。

能夠搭衛(wèi)星上天拍照的相機(jī)長什么樣，有啥配置？“這是‘海南一號’03星的相機(jī)。”王雷指著一臺形狀有些奇怪、鏡頭分別用銀色和金色的聚酰亞胺二次表面鏡包裹的相機(jī)介紹道，“相機(jī)的后部是調(diào)焦電機(jī)，右邊緊挨著的是電子學(xué)部分，它主要包括了熱控下位機(jī)和成像模組的控制電路。銀色包裹的部分是透視光學(xué)系統(tǒng)，前端金色包裹部分是相機(jī)的外遮光罩。”

用聚酰亞胺二次表面鏡包裹相機(jī)，就是為了保護(hù)設(shè)備不被太陽光直射，避免溫度過高。隔著500公里的距離，“海南一號”衛(wèi)星載荷相機(jī)能拍出怎樣的照片呢？王雷以其中的02號高分衛(wèi)星為例，其載荷相機(jī)可以拍攝到方圓12公里內(nèi)大于1.5米物體的清晰照片。

除了相機(jī)，“海南一號”衛(wèi)星的載荷還包括AIS(船舶自動識別系統(tǒng))接收機(jī)。有了這一裝備，衛(wèi)星就可以接收到船舶從海上發(fā)送的信息，然后將接收和解碼過的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的地面站，從而讓陸地管理機(jī)構(gòu)掌握海上船舶的動態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)洋海域航行船舶的精準(zhǔn)識別和觀測。

控體重就是控成本

購入“捷龍一號”小型火箭，將4顆衛(wèi)星精打細(xì)算地送上天

前不久，長征十一號海射運(yùn)載火箭成功將9顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，讓“一箭多星”發(fā)射技術(shù)再次引發(fā)公眾關(guān)注。

所謂“一箭多星”，是指一枚運(yùn)載火箭同時或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)。與傳統(tǒng)的單星發(fā)射相比，這一技術(shù)能更充分利用火箭運(yùn)載能力，提高發(fā)射效率和降低發(fā)射成本。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的蓬勃發(fā)展，“一箭多星”技術(shù)有了更廣泛的市場應(yīng)用。

但由于文昌航天發(fā)射場發(fā)射的長征五號系列火箭與長征七號運(yùn)載火箭，屬于重型運(yùn)載火箭，運(yùn)載量大，并不適合直接用來發(fā)射小身材的商業(yè)衛(wèi)星。

“商業(yè)衛(wèi)星僅需小運(yùn)載量的火箭多批次發(fā)射即可，用國家發(fā)射任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的國有發(fā)射場和重型運(yùn)載火箭來發(fā)射，大材小用不說，還要消耗更高的成本。”深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司總經(jīng)理胡戈鋒說出了業(yè)內(nèi)普遍的看法。

為了控制“海南一號”衛(wèi)星的發(fā)射成本，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定自行購買小型商業(yè)火箭“捷龍一號”。楊天梁透露，“捷龍一號”是中國航天科技集團(tuán)有限公司一院所屬中國長征火箭有限公司研制的一款小型運(yùn)載火箭，也是該公司首枚用純商業(yè)模式打造的運(yùn)載火箭，采用固體燃料，箭體直徑1.2米，總長19.2米，起飛重量是22.9噸，500公里太陽同步軌道運(yùn)載能力是200公斤。

“屆時，‘海南一號’4顆光學(xué)衛(wèi)星將以‘一箭四星’的方式，搭載‘捷龍一號’火箭發(fā)射。”楊天梁說，這對衛(wèi)星的體積和重量提出了更高的要求，“‘捷龍一號’火箭如果在海南發(fā)射，借助低緯度的地理優(yōu)勢，其運(yùn)載力可以比其他發(fā)射場多10%左右，最大的運(yùn)載量可達(dá)220公斤，也意味著4顆光學(xué)衛(wèi)星總重量不能超過220公斤。”

但“海南一號”最新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，由深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司負(fù)責(zé)研制的01星和02星，其中01星重量已經(jīng)達(dá)55公斤，02星現(xiàn)狀重量更達(dá)65公斤。而由海南微納星空科技有限公司負(fù)責(zé)研制的03星和04星，整星重量各有55公斤。相加起來，4顆星總重已超重10公斤。

怎么在保障性能的基礎(chǔ)上給衛(wèi)星“減肥”，成為總設(shè)計(jì)師楊天梁目前的壓力與挑戰(zhàn)。“技術(shù)團(tuán)隊(duì)正按照這個目標(biāo)去修改衛(wèi)星設(shè)計(jì)，調(diào)整重量，例如采取新的技術(shù)，特別是使用新材料，這給研制成本也帶來了壓力。”楊天梁說，發(fā)射商業(yè)衛(wèi)星是一項(xiàng)環(huán)環(huán)相扣的復(fù)雜工程，每一環(huán)的成本控制都要精打細(xì)算。

前所未有的機(jī)遇

通過“海南一號”探索在海南打造完整的商業(yè)航天生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈

從“海南一號”衛(wèi)星項(xiàng)目籌備開始，研發(fā)團(tuán)隊(duì)就奔著“海南星海南造、海南發(fā)、海南用”的目標(biāo)而去。如今，隨著衛(wèi)星研制進(jìn)入后期，在哪里發(fā)射就成了大家最關(guān)注的話題。

早在“海南一號”衛(wèi)星論證時期，楊天梁就提出，要在尚未發(fā)射過商業(yè)衛(wèi)星的文昌航天發(fā)射場發(fā)射。對此，他有自己的執(zhí)著：“想通過‘海南一號’探索一條在海南發(fā)射商用衛(wèi)星的路子，進(jìn)而在海南打造一個完整的商業(yè)航天生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。”

但，一場場論證會開下來，擺在他眼前的事實(shí)是：在文昌航天發(fā)射場發(fā)射“海南一號”衛(wèi)星，還面臨不少挑戰(zhàn)。

由于文昌航天發(fā)射場承擔(dān)的是發(fā)射地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測衛(wèi)星等國家級重大任務(wù)，此前還沒有過商業(yè)發(fā)射的先例。“海南一號”衛(wèi)星要在此打破商業(yè)發(fā)射零記錄，就得先摸索辦理商用衛(wèi)星發(fā)射所需要的各種手續(xù)。

業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注“海南一號”的發(fā)射進(jìn)展，因?yàn)檫@一項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)，在國內(nèi)商業(yè)航天領(lǐng)域也普遍存在。“中國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，衛(wèi)星制造主體數(shù)量快速增長，而發(fā)射資源稀缺的問題日益明顯，成為商業(yè)航天發(fā)展的瓶頸。”胡戈鋒表示。

“‘海南一號’衛(wèi)星如實(shí)現(xiàn)在文昌發(fā)射，將率先建立起商業(yè)公司與文昌航天發(fā)射場之間的合作。”楊天梁說，“海南一號”發(fā)射過程，也是為海南商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展“摸石頭過河”的過程。

說起來，從2015年國家相關(guān)政策明確鼓勵民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天起，中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭日益強(qiáng)勁。由中國航天科技集團(tuán)有限公司發(fā)布的《中國航天科技活動藍(lán)皮書(2019年)》顯示：2019年，中國研制發(fā)射了超過40顆商業(yè)衛(wèi)星，以100公斤以下的微納衛(wèi)星為主，功能覆蓋通信、遙感、技術(shù)試驗(yàn)等多個領(lǐng)域。

在商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌的市場中，海南能否從中分一杯羹？在海南商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)這片“晨曦中的沃野”耕耘了近5年的楊天梁深切體會到，海南正面臨前所未有的機(jī)遇：“一方面海南處于低緯度地理位置，擁有廣袤無垠的海洋，為商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射奠定了低成本和低風(fēng)險的發(fā)展基礎(chǔ)；另一方面，海南還儲備了層次豐富的航天技術(shù)體系，形成了‘北有文昌航天發(fā)射，南有三亞衛(wèi)星應(yīng)用’的航天產(chǎn)業(yè)格局，海南應(yīng)將商業(yè)航天作為重點(diǎn)行業(yè)加以支持，通過政策、人才、創(chuàng)新平臺等要素聚集，建設(shè)航天發(fā)射和衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)園集群，打造亞太衛(wèi)星應(yīng)用中心。”

關(guān)于這一點(diǎn)，不少業(yè)內(nèi)專家學(xué)者、商業(yè)航天領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)人士也看好海南的發(fā)展前景。中國工程院院士蔡鶴皋此前在接受海南日報記者專訪時建議，海南可充分吸收國內(nèi)航天技術(shù)的優(yōu)勢，同時積極接受國外商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射訂單，在發(fā)展技術(shù)、開發(fā)產(chǎn)業(yè)的同時，還要注重航天知識的大眾化普及，在文昌國際航天城內(nèi)要設(shè)置多樣化的科普基地。

“海南商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展不是百米賽跑，更像是一場遠(yuǎn)征，我們要不斷攻下一個又一個的山頭，爭取最后的勝利。”楊天梁說。