高校正成長為我國微納衛星研制的生力軍

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高校正成長為我國微納衛星研制的生力軍

Colleges and Universities Become Main Force of China’s Micro/Nano Satellites

2015年9月20日，長征－6運載火箭成功將20顆微小衛星送入預定軌道，開創了我國“一箭多星”發射的新紀錄。在這20顆衛星中，有12顆是由國內4所高校研制的。

1　12顆微納衛星來自高校

在長征－6運載火箭發射的20顆衛星中，有8顆衛星由中國航天科技集團公司下屬的航天東方紅衛星有限公司和深圳航天東方紅海特衛星有限公司研制，其余的12顆衛星由國防科學技術大學、清華大學、哈爾濱工業大學和浙江大學等高校研制，國家隊∶高校=8∶12。

國防科學技術大學：天拓－3衛星，6顆衛星集群飛行

天拓－3衛星由國防科學技術大學自主設計與研制，由6顆衛星組成，包括1顆20千克級的主星（呂梁-1）、1顆1千克級的手機衛星（“智能”）和4顆0.1千克級的飛衛星（星塵-1、2、3、4）。衛星入軌后，手機衛星和飛衛星與主星分離，以“母雞帶小雞”的方式通過太空組網，實現6顆衛星集群飛行。

呂梁-1采用通用化多層板式微納衛星體系結構，主要開展新型星載船舶自動識別系統（AIS）信號接收、星載航空目標信號廣播式自動相關監視系統（ADS-B）信號接收、火災監測、20千克級通用化衛星平臺技術等系列科學試驗和新技術驗證。AIS系統能對全球范圍船舶快速完成位置、航向、航速等信息的接收，并實現對我國現有岸基AIS系統的有效補充。星載ADS-B系統則可對全球范圍航空目標實行準實時目標監測、空中流量測量，為航線優化和提高航空飛行效率提供信息服務，這是我國首次開展此項衛星載荷在軌試驗。

“智能”手機衛星是我國首顆以商用智能手機主板和安卓操作系統為核心設計完成的衛星。星塵－1、2、3、4是國內首批飛衛星，也是世界上最小的衛星之一。

主星與手機衛星、飛衛星之間將開展子母式衛星在軌釋放、空間自組織網絡、多星協同測控等空間技術試驗在軌技術驗證。

國防科學技術大學研制的天拓－3衛星

清華大學：“集成微系統”技術試驗衛星，驗證微型化高性能星上功能器件

“集成微系統”技術試驗衛星由清華大學研制，由3顆衛星組成，包括1顆主衛星—納星－2和2顆子衛星—紫荊－1、2。

納星－2是1顆20千克級納衛星。其主要采用“商用貨架產品”（COTS）器件，星上綜合電子系統具有軟件上載和重構能力，既提高了電子系統的可靠性，又擴展了納衛星平臺的實際應用功能，可為我國開展空間新器件、新技術試驗提供一種低成本、快速有效的平臺。納星－2衛星的有效載荷包括納型星敏感器、微型低功耗太陽敏感器、硅基微機電系統（MEMS）陀螺、微型石英音叉陀螺、微機電系統磁強計、“北斗”/GPS接收機等，性能指標均達到國際先進、國內領先水平。

本次飛行試驗的主要目的就是驗證和支持這些具有完全自主知識產權的基于新原理、新方法的微型化高性能星上功能器件/組件的研究和在軌應用，從而推進國內航天應用的微型化功能器件/組件技術和微系統技術的進步。

紫荊－1、2是納星－2的子衛星，采用在軌二次分離的方式從納星－2載荷艙中彈射釋放。

紫荊－1皮衛星質量0.234kg，采用單板集成的綜合電子系統，主要開展微型CMOS相機、MEMS磁強計等商用器件的在軌試驗，以及與紫荊－2皮衛星聯合進行繩系飛行、星間通信技術試驗。

紫荊－2皮衛星質量0.173g，由清華大學與西安電子科技大學協同創新合作研制，主要開展超低功率的星地通信試驗、氮化鎵（GaN）器件空間效應試驗等。紫丁香－2衛星由哈爾濱工業大學研制。該衛星是我國首顆由高校學生自主設計、研制、管控的納衛星。該衛星質量12kg，旨在構建飛行軟件在軌試驗平臺，在空間環境中，對FPGA軟件的可靠性等進行驗證；同時，基于星上電子設備，可以進行全球航班、船舶等狀態信息的收集和大型野生動物蹤跡跟蹤等任務；衛星還攜帶了一個工業紅外相機，可實現對森林火災、極端天氣等造成的地溫變化進行成像與監測。另外，作為試驗平臺，衛星搭載了兩組新型超輕高精度敏感器，先期開展在軌測試，確保該產品在后續其他型號的成功實施。

清華大學納星－2衛星團隊協同攻關

哈爾濱工業大學：紫丁香－2衛星，首顆學生自主研發管控的納衛星

哈爾濱工業大學衛星研制團隊在試驗中

浙江大學：皮星－2衛星，探索我國皮納衛星在軌應用技術

皮星－2（包括皮星2A、2B）由浙江大學微小衛星研究中心研制，它們用于在軌驗證微機電系統、微型輕質展開機構、皮納衛星組網等技術，探索發展我國未來皮納衛星的在軌應用技術。

2　高校微納衛星研制不斷發展

清華大學、哈爾濱工業大學是我國最早參與衛星研制的高校，擁有豐富經驗

清華大學早在20世紀末就與英國薩瑞大學合作研制了清華－1衛星，該衛星于2000年6月26日成功發射。清華大學于2001年開始自主研發衛星，其研制的PS-1、2衛星分別于2002年9月和2003年9月發射。2004年4月18日，其研制的首顆20千克級衛星—納星－1成功發射。加上此次發射的3顆衛星，其獨立或合作研制并發射了7顆衛星。這標志著清華大學微機電系統技術、納衛星平臺技術等取得了新的進展。衛星研制過程對于激發青年學子對航天科技的興趣、促進清華大學航天技術人才培養具有重要意義。

哈爾濱工業大學是我國最早研制衛星的高校之一。其研制的首顆衛星—試驗－1與清華大學的納星－1一起由長征－2C運載火箭以“一箭雙星”方式成功發射。此后，其研制的試驗－3、快舟-1和2衛星分別于2008年、2013年9月和2014年11月成功發射。此次紫丁香－2衛星是其第5顆衛星，與以往不同的是，該衛星是我國首顆由高校學子自主設計、研制、管控的納衛星，凝聚了哈爾濱工業大學航空宇航與科學技術、力學、計算機科學與技術、控制工程、機械工程、通信工程、電氣工程、熱能工程等8個學科的本科、碩士和博士研究生，累計吸納了40多名學生參與設計與研制，平均年齡不到24周歲。

浙江大學、國防科學技術大學緊隨其后，更加注重任務創新

浙江大學將目光瞄準皮衛星，2005年就將皮衛星項目列為學校重點項目。浙江大學研制的皮星－1（質量2.5kg）于2007年5月25日發射，皮星－1A的01星和02星（質量均為3.5kg）于2010年9月22日成功發射。皮星－1是我國首批千克級微小衛星，也是國際上功能最為齊全的皮衛星之一。此次發射的皮星－2是浙江大學研制的第三批，亦是第4、5顆衛星。

國防科學技術大學研制衛星起步較晚，但其更加注重任務創新。其研制的天拓－1衛星（2012年5 月10日發射，質量9.3kg）是我國首顆單板納星，即將星務管理、電源控制、姿態確定與控制、測控數據傳輸等基本功能部件，集成在單塊電路板上的微小衛星。其研制的天拓－2衛星（2014年9月8日發射，質量67kg）是我國首顆采用視頻成像體制的微衛星。此次天拓－3包含的4顆0.1千克級“星塵”衛星也是我國首批飛衛星，包含的“智能”手機衛星也是國內首顆以商用智能手機主板和安卓操作系統為核心設計完成的衛星。

“一箭二十星”發射的衛星一覽表

齊真/文