國內同類衛星中「乘客」最多的太空航班
作者／ IT時報記者 毛宇 郝俊慧
編輯／ 郝俊慧 孫妍
24億年前，茫茫宇宙深處，一顆比太陽重20多倍的「超級太陽」生命走到了盡頭，瞬間塌縮，釋放出一朵巨大的「宇宙煙花」。24億年後，火球與星際物質摩擦後生成的大量萬億電子伏特（TeV）高能Gamma光子抵達地球。
人類看到了這朵「煙花」。2022年10月9日，「創新X」空間新技術試驗衛星（以下簡稱「創新X」衛星）上的載荷「高能爆發探索者（HEBS）」抓住了這束最亮Gamma光。短短數百秒內，HEBS與「慧眼」衛星、高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）聯合，精確測量了這個編號為GRB
221009A的Gamma射線暴完整爆發過程，其亮度是地球已知最大Gamma暴的50倍。
此時，距離「創新X」衛星上天僅僅過了2個多月，這次千年不遇天文事件的科學觀測，只是這顆衛星「觸摸」宇宙時帶來的「驚喜」之一。
在這顆重量只有620公斤的衛星上，搭載著20余家單位研制的16套載荷，它是國內同類衛星中「乘客」最多的太空航班。自發射以來，「創新X」已完成44項空間新技術驗證。
科學的進步，似乎總是孕育於一次次偶然中，但每次不經意突破背後的必然，一定是創新。
「創新X」衛星的成功，在於其創新性地提出並跑通了由科研機構「眾籌」太空科學試驗的新範式 ，在此基礎上推出的「創新X科學航班」計劃，將在今後幾年中，陸續發射更多的「眾籌衛星」上天，讓全球科學家以更低成本和更高效率完成「太空試驗」。
為了上天 科學家「眾籌」一顆星星
2022年7月27日12時12分，酒泉衛星發射中心，伴隨一聲巨響，由中國科學院自主研制的、中國當前最大固體運載火箭「力箭一號」（ZK-1A）發射，「一箭六星」，成功將六顆衛星送入預定軌域並進入500公裏高度的太陽同步軌域，「創新X」是其中最重的主星。
21世紀的航天產業，正處於劇烈變革之中。隨著空間科學和商業航天的蓬勃發展，新技術如雨後春筍般湧現，太空試驗的需求急劇增加。但原有模式就像一個頑固的枷鎖，限制了新技術的快速驗證。
對於許多面向空間科學、空間套用研究的新載荷、新技術產品而言，火箭發射任務有限，上星的機會「一票難求」，很多科研成果只能停留在地面試驗階段。
2021年初，中國科學院「力箭一號」首飛工程立項，目標是在500公裏太陽同步軌域實作1500公斤的運載能力。同時，經中國科學院審議透過，按照「經費自籌、風險自擔、科學先行、過時不候」的原則，「力箭一號」可以免費搭載一顆空間新技術試驗衛星上天，但這顆星和星上載荷需要科學家們自籌經費。
如果將衛星看作一艘太空飛船，那載荷便是船上的「乘客」，每個載荷都是不同的科學裝置和儀器，承擔著太空試驗的重任。對「眾籌者」來說，這筆經濟賬很好算，在衛星成本相對固定的前提下，載荷越多，各自平攤的成本越低。 根據常規配置，600公斤左右的衛星一般能搭載三套載荷，但最終，「創新X」衛星搭載了16套載荷，創下國內同規格衛星載荷數記錄。
為了完成這個創舉，總抓「創新X」衛星的中國科學院微小衛星創新研究院（以下簡稱衛星創新院）走過了一年半的「未知之旅」。
初時，眾多載荷如同潮水般湧來，但得知要自籌經費後，不少機構打起了退堂鼓，但也有不少計畫已經在地試驗多年，就差上天「臨門一腳」。最終經過層層篩選，極紫外太陽成像儀、CPT原子磁場精密測量系統、全鋁自由曲面相機等載荷脫穎而出，成為此次太空航班的「乘客」。
範式創新 一顆星擔「十幾副擔子」
「唯一的不變就是變化，甚至直到發射前，才安裝了最後一個載荷。」回憶起「創新X」研制的整個過程，衛星創新院副院長張永合頗為感慨。
火箭不等人。彼時距離「力箭一號」發射只剩一年半，要想「上箭」，必須改變傳統的衛星研發和制造範式。
以往發射的空間科學衛星多為某個領域的專業衛星，但因為是「眾籌」計畫，「眾籌者」來自中國科學院散落在全國的不同科研機構，涉及科研領域五花八門，最終入選的載荷涵蓋了天文、量子、遙感、在軌制造等不同方向。
如此多的載荷集中在一顆衛星上，通訊是首要挑戰。微小衛星創新院對載荷的 CAN、422、LVDS 等介面做了統一規範，如同在復雜的資訊傳輸叢林中開辟出了一條標準的「高速公路」，大大降低了測試驗證的時間成本。
在軌試驗有著非常嚴苛的科學要求，許多在地面可正常使用的硬體載荷，很可能在太空中因遭受空間高能粒子放射線而無法啟動，而合作單位中有一半沒有航天產品研制的經驗。
「載荷要創新，衛星要成功。」李飛是「創新X」衛星的總體主任設計師，他深知每次太空試驗的風險，一旦「宕機」便不可彌補，創新也成無源之水。因此，衛星創新院為每一個載荷的研制單位提供「保姆式服務」，精心制定各項工作的明確規範，確保這些載荷在設計時便符合在軌執行的要求。
經過一年多的反復試驗，衛星創新院打造了一套可通用、可延伸、快速響應的空間新技術試驗衛星平台，打破了資源瓶頸，可以讓「乘客」隨時上下車。
最終，「創新X」衛星成功地將20多家機構的16套載荷送入太空 ，「中國首幅太陽過渡區影像」「國際迄今最亮Gamma暴」「國產量子磁力儀首次全球磁場勘測」「國際首次獲得並公開釋出的大視場X射線聚焦成像觀測結果」等一系列突破性成果隨之而來。
不斷「前進演化」 年輕團隊創新無極限
「創新X」衛星各類復雜技術的背後，是一支年輕團隊在創造奇跡。
13位「85後」，2位「95後」，8位元主任設計師中有6位是首次擔任相關工作。年輕的熱血為團隊註入活力和新意，但以往他們大多以基礎研究為主，工程經驗相對不足，就像初出茅廬的冒險者，懷揣著對航天的熱情卻缺乏足夠的實踐經驗。
為了彌補這一不足，團隊啟用「以老帶新」的雙責任制，既放手讓年輕人擔任設計師，主導計畫推進，同時由經驗豐富的主任設計師和室主任負責關鍵節點的把控。
「說是師徒，其實年齡相差也不大。」「創新X」衛星的總師張曉峰笑言，出生於1987年的「師父」劉瑞帶著出生於1994年的「徒弟」李天童，撐起了衛星的結構設計。
新的管理模式讓這個開放式計畫的叠代變得更加靈活。在CPT原子磁場精密測量系統載荷的研制過程中，一家合作單位專註於伸桿的研究，另一家合作單位則迫切希望降低衛星本身的磁場幹擾。於是，年輕的成員們大膽提出可以透過伸桿將CPT原子磁場精密測量載荷伸出衛星本體以外來解決問題。
一開始，這個想法並沒有得到一致認同。顯然，它增加了系統設計的復雜性。但經過深入的研究和討論，年輕團隊做出的試驗結果超出所有人預期，磁場幹擾問題不僅得以解決，還為系統帶來了更優效能。
張曉峰介紹，「我們衛星創新院有一個傳統，是成立臨時黨支部。其中一個活動叫黨員‘亮身份，踐承諾’。我們所有的黨員到了發射場，都會寫下自己的承諾書，去盡自己最大努力，確保發射成功。因為是系統工程，每個人把自己做好了，系統工程才能做好。」
「創新X」衛星團隊還創造了一個「最簡發射隊」的紀錄。 正常情況下，一個衛星發射隊需要30~40人，而「創新X」衛星的發射隊最少時只有7個人，一直堅守在發射前端等候火箭發射指令的，是一位年僅27歲的年輕女隊員。
如今，這些經過「創新X」錘煉的年輕人們，已成長為衛星創新院的骨幹力量，幾位參加工作僅有三四年的「90後」，被選拔至重量級國家任務中的關鍵崗位上。
「一切都不是預先設計好的，在所有人的全力以赴下，整個計畫像一個生命體，在不斷前進演化中前行。」張永合表示。
不斷起飛 「太空航班」要永續
全球航天產業正進入高速發展期，尤其在500公裏~1000公裏的近地軌域空間，各國的「太空暗戰」已經打響。
經過一年多在軌執行，創新X微小衛星成功驗證44項新技術。這些新技術涵蓋衛星多個領域，包括控制系統、數據傳輸系統、能源管理及載荷執行機制等。其中三類新型遙感影像、10余種新材料和新器件得到驗證，還有9項新技術產品在其他計畫中推廣，體現出對新技術、新器件的強大牽引，有力支持了國家基礎研究和重大計畫。
在成像領域，衛星實作了國際首次大視場X射線聚焦成像，解析度和覆蓋範圍在航天領域均開創先河；在極紫外探測方面，46.5nm極紫外太陽成像儀，實作中國首次太陽過渡區探測，是近半個世紀以來國際首次拍攝到的46.5nm全日面影像；國產量子測力儀的套用則打破了國外的長期壟斷，實作宇航級純量磁力儀自主可控，不再依賴於國外載荷。
首戰告捷，「創新X」衛星還會有下一列航班嗎？
答案是，有的。
2023年8月，發射「力箭一號」的中科宇航有限公司與衛星創新院共同釋出「創新X」科學航班計劃，面向全球征集有在軌驗證需求的新載荷、新產品，利用「力箭」的發射機會，每年搭載4顆50公斤級科學微納星，2顆100公斤級科學微小衛星，1顆600公斤級科學試驗衛星，為全球科學家、科研機構、大學、空間公司提供全鏈條搭載服務。
如今，新的太空航班計劃已經啟動，光學探測、重力波探測、推進載荷等科研方向已在不斷研究和叠代中， 預計最快明年6月，「創新X」號太空航班將再次啟航。
透過第一代「創新X」衛星打造出的寬適應、永續推進的衛星平台，可以快速適應不同載荷需求，無論是復雜科學探測還是新型通訊載荷，都可方便安裝。
張永合希望，「創新X」航班計劃未來可以「科學研究」和「產業套用」兩條腿走路，一個50公斤的微小衛星，衛星成本和火箭發射成本加起來約在600萬元左右，如果搭載8個載荷，對每個科研機構的成本壓力便會大幅下降，張永合認為更理想的狀態是，引入一些商業載荷，算好一顆星上的科學試驗和產業套用「經濟賬」，讓整個航班計劃進入正向商業迴圈，「這是一條比較長的路，但隨著發射成本和衛星成本的逐漸降低，將來一定能夠實作。」
「未來，我們團隊將繼續聚焦世界科技前沿，瞄準科學無人區，用創新顛覆以往，將智慧混入科技強國的波浪，成為國家航天領域不可替代的戰略科技力量。」張曉峰表示。
