中學生”自製”小衛星下半年將升空 “身價”已超600萬

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昨日(23日),東高地青少年科技館,學生正在分組體驗拆裝1:1衛星模型,老師在一旁指導。新京報記者 王嘉寧 攝

新京報訊 造衛星或許不如你想像的那麼遙不可及。今年,由北京31名中學生參與研製的人造衛星——「丰台少年二號」將升上高空。記者從北京市丰台區了解到,這是該區依託其航天資源優勢,開展的特色航天科普教育之一。目前,衛星已經設計完畢,樣機將進入到真空環境測試等環節。

體積為6立方分米,金色的長方體外殼,焊接着幾十塊深藍色的太陽能電池板,探出一個黑色的攝像頭,兩根天線則像觸角一樣可以變換方向……昨日,丰台區開展「中國航天日」主題活動,現場,幾位來自丰台十二中的中學生掀起「蓋頭」,揭開了「丰台少年二號暨少年夢想二號」衛星模型的面紗。

2016年,「丰台少年二號」的「前輩」——「丰台少年一號暨少年夢想一號」在酒泉衛星發射基地搭載長征十一號運載火箭發射升空,這也是我國第一顆由中學生參與研製的科普衛星。與一號相比,二號衛星體積更大,功能也有所增加。

丰台區教委相關負責人介紹,該課題於2017年4月啟動,來自丰台、海淀、東城的31名中學生參與研製,目前已完成了理論學習、衛星設計等環節的內容。昨日展示的是根據前期方案製作的樣機,之後將對其進行模擬高空環境的一系列測試,檢驗其工作效果,然後組裝真正用於發射的衛星。今年下半年,該衛星將擇機發射。

點擊進入下一頁昨日(23日),北京市東高地青少年科技館,學生在練習拆裝1:1衛星模型。新京報記者 王嘉寧 攝

製作:專家指導下學生全程參與設計

一顆人造衛星,由設計到組裝,都要經過一系列複雜環節,這些環節全由學生「一手包辦」嗎?「丰台少年二號」課題的總設計者龔萬驄介紹,人造衛星的製作過程學生會全程參與,前期也對這些年齡不一的孩子進行了一系列理論培訓,但是在超出其專業知識和動手能力的範疇,會有專業老師進行指導。

據透露,從衛星功能的設想開始,學生們的想法就貫穿其中,相比「丰台少年一號」,學生們更希望衛星具備更加實際的功能,比如可以讓他們直觀地看到外層空間的影像,因此,「丰台少年二號」新增了遙感功能。後期的設計方案也由他們來選擇。模型材料出來後,學生們要進行焊接、組裝,並對其進行真空環境等一系列測試。將來,人造衛星發射後,他們也將對衛星進行追蹤、通過衛星開展通信。

不過,從構想階段走向工程階段,如電路設計、自適應系統、總體把關等方面,需要系統專業的知識,遠超出學生現有的水平,這就需要專家進行指導。樣機通過測試後,要進行真機的焊接與組裝,屆時將使用的航天材料的價格是現有材料的千倍,極為昂貴,此外其尺寸、安裝方式也會有所不同,需要非常精密的操作手法才能正確組裝焊接,因此也會由專業人士親自上手。不過,樣機與真機具有同樣的設計與功能,學生們會在樣機上完成所有操作。

功能 :「丰台少年二號」屬科普小衛星

人造衛星數量多、用途廣,往往承載着現實使命。龔萬驄介紹,通信、導航、遙感、科學實驗是人造衛星最常見的作用,氣象預報、廣播電視就離不開遙感衛星與通信衛星。「丰台少年二號」可以實現通信與遙感功能,升空之後,學生們可以在特定時間中向它發射或通過它接受信號,也可以通過攝像頭拍攝照片,不過,「丰台少年二號」仍然有別於普通的人造衛星,屬於科普小衛星,主要達到科普目的。

「對功能的要求相對次要。」他坦承,「丰台少年二號」是按照立方體衛星的標準來設計和製造,以爭取更好的性價比,和耗資上億美元的通信衛星、探索宇宙的哈勃衛星等存在區別。

成本:小衛星「身價」目前已超600萬

眾所周知,航空航天材料價格高昂,一顆能夠承受住太空環境的人造衛星,成本究竟有多高?

據了解,目前,丰台區已為「丰台少年二號」項目專款投入240萬。為了更好地發揮其通信效果,丰台區還特意新建了4個地面站,耗資400萬,也就是說,目前這顆小衛星已經「身價」超過600萬。

如果按照正常的「市價」,成本還遠不止如此。龔萬驄介紹,為了模擬真空環境,衛星要經過一系列測試,比如熱真空實驗中,衛星會被放入一個巨大的罐子中,抽成真空、注入液體氮氣、加熱,這個測試會耗資幾十萬。同類大小的商業衛星要飛入空中,需要搭載火箭,一公斤耗資為3萬-5萬美元,「丰台少年二號」重約8公斤,這樣換算下來就是24萬-40萬美元。不過,由於丰台區擁有豐富的航天資源,後期測試與發射的成本將大大降低。

花幾百萬元讓中學生髮射一顆不具備太多實用價值的衛星是否值得?龔萬驄坦承,製作衛星從時間、知識、經濟成本來看,都有很高的門檻,不是所有的中學生都能全程參與其中。不過,他認為,這個項目的意義在於可以輻射知識+實踐的理念,其他學校可以結合實際情況,從一部分環節來進行科普教育。

「比如衛星通信的應用,學校可以花一百來塊買天線、幾百塊買一個對講機,小學生、初中生就能通過這些設備,接收到幾百公里外太空的真實信號,天線的位置、不同的時間都會讓衛星信號強度發生變化,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製造衛星,上海、浙江等省份已經表現出興趣,希望借鑒「丰台少年二號」的模式開展科普教育。

揭秘:人造衛星是如何「誕生」的?

「高大上」的人造衛星,究竟是怎麼造出來的?龔萬驄是無線電專業背景出身,曾在中科院空間中心工作,也是「丰台少年二號」課題的總設計者,以「丰台少年二號」為例,他向新京報記者揭秘了人造衛星誕生的全過程。

製造人造衛星,首先從功能入手,釐清它要完成的任務,然後再從工程角度對其進行設計。人造衛星的外形結構(稱作「星體」)是需要首先設計的部分;之後,為了讓衛星能夠在遠離地球的地方運作,需要確定其能源體系,設計供電系統,大部分人造衛星都會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,需要分析衛星的工作狀況。

 

由於太空中與地球表面的環境不同,導熱方式也有所變化,相比地面的空氣對流,外層空間的導熱主要通過輻射與傳導,而衛星上的設備都有其正常運行的溫度區間,因此還要考慮其溫控系統。此外,衛星升空後還需要和地面保持聯繫、履行指令,無線電要測遙控系統也需要另行設計。

最後,根據衛星所要實現的不同功能,要搭載相應的功能設備,如攝像頭、轉發器等,這些被稱作「有效載荷」。具備了這些,一顆完整的衛星就形成了。之後,用航天材料將其組裝起來,通過一系列測試檢驗其工作狀態,一切就緒後,人造衛星就會「坐上」火箭,被送往外層空間。

來源:新京報

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