首顆在國際空間站發射的中國衛星“翱翔一號”!

來源:中青在線 作者︰孫海華 發表時間︰2017-04-19 10:09

原標題︰我國“翱翔一號”衛星在美國升空

火箭升空直播截圖

北京時間2017年4月18日23點11分,美國當地時間4月18日11點11分,西北工業大學自主研制的“翱翔一號”立方星作為歐盟QB50計劃首批發射入軌的28顆衛星之一,搭載宇宙神5運載火箭(Atlas5)/天鵝座貨運飛船(Cygnus)在美國佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地成功發射升空。

這28顆衛星將在今後數天內,隨天鵝座貨運飛船完成與國際空間站的交會對接,並將在4月底通過國際空間站在軌釋放部署。西工大自主研制的2U立方星“翱翔一號”衛星,也將成為首顆通過國際空間站釋放的中國衛星。

這也是西工大翱翔系列微小衛星實現一年內連續三次成功發射。西北工業大學隨QB50計劃發射的“翱翔一號”衛星,是在學校“研究生創新計劃”的支持下、由航天學院周軍教授帶領青年教師和研究生研制的。該衛星重約2.2kg,為標準2U(10cm×10cm×22.7cm)結構。西工大研制的“翱翔一號”上搭載的是離子與中性粒子質譜儀,用于開展低熱層大氣成分探測。

西工大衛星測控站

不僅是放衛星,西北工業大學任QB50計劃亞洲總協調單位

火箭升空直播截圖

此次QB50計劃中,西北工業大學不僅僅是簡單地放一顆衛星,還擔任計劃的亞洲區唯一發起單位、亞洲區總協調單位,負責協調亞洲區各高校的項目進展情況。

作為QB50計劃的亞洲區唯一發起單位與亞洲區總協調單位,6年來,以周軍教授為首的西工大翱翔系列微小衛星團隊,配合歐盟QB50委員會開展了大量的工作——

項目前期,西工大負責亞洲地區高校和研究機構參加QB50計劃的申報,參與對各國申報衛星方案的各階段評審,中國各高校的衛星研制進展情況協調等;

由于衛星屬于敏感的高精尖設備,各國對于衛星的進出口都有嚴格的管控,涉及到中、歐、美等多個國家大量繁瑣手續。為了保證衛星能夠順利出口,在中國國家航天局領導下,與中國長城工業集團有限公司合作共同完成了國內高校研制的5顆QB50衛星的發射許可、衛星出口許可等手續;

與工業與信息化部無線電管理局、中國無線電協會業余無線電管理委員會、國際電信聯盟(ITU)以及國際業余電信聯盟(IARU)開展了國內衛星的通信頻段申請與協調;

與比利時馮•卡門流體力學研究所、荷蘭ISIS衛星公司以及衛星發射方進行衛星聯合集成測試協調等工作,涉及到中國、歐盟、美國等多個國家的合作與協調工作;

最終保障了西北工業大學、哈爾濱工業大學、國防科技大學、南京理工大學等5所高校研制的5顆QB50衛星按時出口至歐洲進行集成測試,並轉運至美國搭載發射。

西工大翱翔系列微小衛星團隊在QB50計劃中6年的努力,一方面積累了航天國際大科學計劃合作的豐富經驗,另一方面也為國內外高校構建了一個航天國際合作交流的平台。西工大與包括比利時、荷蘭、美國、德國、英國、加拿大、法國、瑞士等30余個國家與地區在內的著名高校和研究機構開展了廣泛的衛星合作交流。

2013年,西工大成功主辦了QB50 Asia Workshop,並作為第64屆國際宇航聯大會(IAC)分會,獲得國際宇航聯副主席、加拿大航天局局長、歐盟駐中國代表團副團長等人的高度評價,產生了廣泛的社會影響。翱翔系列衛星團隊成員于曉洲副教授當選為美國航空航天學會(AIAA)小衛星專業技術委員會委員、國際宇航會空間大學聯盟執行委會委員,以及2015年度國際宇航聯合會“青年空間領袖”稱號。

此外,學校先後發起並舉辦了2011年“2U”立方星結構設計大賽,2012年陝西省“翱翔杯”立方星設計大賽以及2015年中國研究生未來飛行器設計大賽,國內的數千學生參與了相關競賽。其中,中國研究生未來飛行器設計大賽今年即將舉辦第三屆,該系列賽事在國內外高校研究生中引起深遠影響。

QB50?這可不是企鵝幣

天鵝座貨運飛船Cygnus

2011年1月,由西北工業大學與比利時馮•卡門流體力學研究所、歐洲航天局、德國宇航中心、美國斯坦福大學、英國薩瑞大學、英國穆拉德空間實驗室、荷蘭代爾夫特理工大學等一起共同發起的全世界五大洲23個國家與地區參與的QB50計劃正式啟動,歷時6年多,終于與世人見面了。

QB50計劃是歐盟第七框架協議的旗艦項目,受到了歐盟乃至全世界的廣泛關注和高度重視,它通過國際大學科計劃吸引了全世界各大高校和科研機構參與,共同發射36顆2U和3U的立方星,組成國際衛星星座開展對低熱層大氣的科學探測。

星座中的28顆立方星今天已隨天鵝座貨運飛船成功發射前往國際空間站,其余8顆立方星預計將稍後通過運載火箭直接發射入軌。QB50計劃已成為迄今為止世界上參與國家最多的航天項目。

低熱層大氣是指距地面90-360公里的大氣層。QB50計劃目前采用36顆立方星組成星座,由國際空間站釋放部署在距離地面400公里高的軌道上。這些衛星用1-2年時間在大氣阻力作用下,從400km逐漸衰減至90km,最終進入大氣層燒毀,在此過程中共同對目前人類尚未深入涉足的低熱層大氣的中性粒子、帶電離子組成與分布、阻力參數、大氣溫度、磁場等的進行長時間多點在軌測量,並開展衛星再入大氣層過程的相關研究。這是人類首次開展對低熱層大氣的全面探測,具有重要的科學意義。

什麼是立方星

〞翱翔一號”立方星實物圖

世界首顆12U立方星“翱翔之星”實物圖

從功能上講,衛星可以分為兩部分,一部分是我們直觀看到的衛星,稱為“衛星平台”或“衛星總體”,另一部分是裝在衛星平台上實現不同功能的載荷。普通的衛星在設計過程中要遵循“總體服從載荷”的原則,衛星的大小、內部構造等完全取決于載荷,在這種情況下,不同功能的衛星在大小、形狀、構造是完全不同的。

立方星是目前國際上廣泛用于大學開展航天科學研究與教育的一種微納衛星,其設計的理念為“載荷服從總體”。設計和制造都實行標準化,包括外形設計、內部構造以及配件接口、卡槽等均采用國際通用標準。標準的立方星采用1U架構,即體積為10cm×10cm×10cm。在此基礎上,立方星可根據需求進行升級、擴增為“2U” “3U”甚至更大

立方星最大的優勢在于設計制造標準的統一,更有利于衛星在國際上的流通與合作使用。由于立方星的發射與制作成本一般在數百萬元人民幣以內,和動輒數億乃至數十億元的大衛星相比成本低得多。同時,立方星具有功能密度大、研制周期短、入軌快的特點,通過組網形成星座,可實現對海洋、大氣環境、船舶、航天、航空飛行器等的監測;也可應用于空間成像,通信,大氣研究,生物學研究,新技術試驗平台等方面。

六年磨一劍︰讓西工大標準變成國際標準

西工大自主研制的衛星部組件

QB50計劃引領了我國立方星技術的發展,可以說是我國立方星研究的起點。

團隊負責人周軍教授詳細介紹了立方星的“舶來史”︰世界上第一批立方星發射于2003年,而我國正式啟動立方星研究項目正是源于QB50計劃。西工大發射的世界首顆12U立方星“翱翔之星”正是在QB50計劃的基礎上衍生的靈感。2016年6月,“翱翔之星”成功發射;同年,“翱翔”系列微小衛星獲得第十八屆中國科協年會全國科技工作者創新創業大賽金獎;緊隨其後,”翱翔系列微小衛星”團隊獲得中國”互聯網+"大學生創新創業大賽全國總冠軍。

在QB50的研究過程中,包括西工大在內的多所高校都獨立發射了自主研制的立方星。“翱翔一號”內部使用的計算機,磁力矩器,飛輪,電源系統等關鍵部組件均為自主研制。

一路走來,西工大也在大力推進QB50計劃實施的過程中,在微小衛星領域取得了長足的發展︰

2016年4月24日,陝西省首個高校衛星測控地面站在西工大建成投入使用;2016年6月25日,西工大自主研制世界首顆12U立方星“翱翔之星”于海南文昌成功發射;2017年1月9日︰西工大與航天科工集團聯合研制的2U立方星“行雲試驗一號” 衛星于酒泉衛星發射中心成功發射;2017年4月18日︰西工大自主研制的2U立方星“翱翔一號”衛星于美國卡納維拉爾角空軍基地成功發射.

一年三星,西工大翱翔系列微小衛星團隊已具備了較完善的立方星總體設計、部組件研制生產、整星集成測試、環境試驗,以及在軌測控等條件,已經研制成功了2U,3U,6U,12U等系列化立方星,以及立方星部組件、立方星電磁彈射部署器等系列產品,並形成了立方星總體、組裝集成和測試試驗等的標準和規範,具備了年產10-20顆立方星的能力,主要面向遙感、通訊、空間探測和新技術驗證等衛星應用領域。

自西工大研制成功世界首顆12U立方星之後,國際上也開始了12U立方星的研制,采用的標準正是西工大標準。對于團隊的未來,團隊負責人周軍教授表示,西工大會加強立方星技術創新發展,加快產業化步伐,不斷提升在國際立方星領域的影響力。

編輯︰ 杰
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