我国“翱翔一号”卫星在美国升空

2017-04-19 08:59:00 中青在线 分享
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火箭升空直播截图

  4月19日电(刘建平 郑真 中国青年报·中青在线记者 孙海华)北京时间2017年4月18日23点11分,美国当地时间4月18日11点11分,西北工业大学自主研制的“翱翔一号”立方星作为欧盟QB50计划首批发射入轨的28颗卫星之一,搭载宇宙神5运载火箭(Atlas5)/天鹅座货运飞船(Cygnus)在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空。

  这28颗卫星将在今后数天内,随天鹅座货运飞船完成与国际空间站的交会对接,并将在4月底通过国际空间站在轨释放部署。西工大自主研制的2U立方星“翱翔一号”卫星,也将成为首颗通过国际空间站释放的中国卫星。

  这也是西工大翱翔系列微小卫星实现一年内连续三次成功发射。西北工业大学随QB50计划发射的“翱翔一号”卫星,是在学校“研究生创新计划”的支持下、由航天学院周军教授带领青年教师和研究生研制的。该卫星重约2.2kg,为标准2U(10cm×10cm×22.7cm)结构。西工大研制的“翱翔一号”上搭载的是离子与中性粒子质谱仪,用于开展低热层大气成分探测。

西工大卫星测控站

  不仅是放卫星,西北工业大学任QB50计划亚洲总协调单位

火箭升空直播截图

  此次QB50计划中,西北工业大学不仅仅是简单地放一颗卫星,还担任计划的亚洲区唯一发起单位、亚洲区总协调单位,负责协调亚洲区各高校的项目进展情况。

  作为QB50计划的亚洲区唯一发起单位与亚洲区总协调单位,6年来,以周军教授为首的西工大翱翔系列微小卫星团队,配合欧盟QB50委员会开展了大量的工作——

  项目前期,西工大负责亚洲地区高校和研究机构参加QB50计划的申报,参与对各国申报卫星方案的各阶段评审,中国各高校的卫星研制进展情况协调等;

  由于卫星属于敏感的高精尖设备,各国对于卫星的进出口都有严格的管控,涉及到中、欧、美等多个国家大量繁琐手续。为了保证卫星能够顺利出口,在中国国家航天局领导下,与中国长城工业集团有限公司合作共同完成了国内高校研制的5颗QB50卫星的发射许可、卫星出口许可等手续;

  与工业与信息化部无线电管理局、中国无线电协会业余无线电管理委员会、国际电信联盟(ITU)以及国际业余电信联盟(IARU)开展了国内卫星的通信频段申请与协调;

  与比利时冯·卡门流体力学研究所、荷兰ISIS卫星公司以及卫星发射方进行卫星联合集成测试协调等工作,涉及到中国、欧盟、美国等多个国家的合作与协调工作;

  最终保障了西北工业大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、南京理工大学等5所高校研制的5颗QB50卫星按时出口至欧洲进行集成测试,并转运至美国搭载发射。

  西工大翱翔系列微小卫星团队在QB50计划中6年的努力,一方面积累了航天国际大科学计划合作的丰富经验,另一方面也为国内外高校构建了一个航天国际合作交流的平台。西工大与包括比利时、荷兰、美国、德国英国加拿大法国瑞士等30余个国家与地区在内的著名高校和研究机构开展了广泛的卫星合作交流。

  2013年,西工大成功主办了QB50 Asia Workshop,并作为第64届国际宇航联大会(IAC)分会,获得国际宇航联副主席、加拿大航天局局长、欧盟驻中国代表团副团长等人的高度评价,产生了广泛的社会影响。翱翔系列卫星团队成员于晓洲副教授当选为美国航空航天学会(AIAA)小卫星专业技术委员会委员、国际宇航会空间大学联盟执行委会委员,以及2015年度国际宇航联合会“青年空间领袖”称号。

  此外,学校先后发起并举办了2011年“2U”立方星结构设计大赛,2012年陕西省“翱翔杯”立方星设计大赛以及2015年中国研究生未来飞行器设计大赛,国内的数千学生参与了相关竞赛。其中,中国研究生未来飞行器设计大赛今年即将举办第三届,该系列赛事在国内外高校研究生中引起深远影响。

  QB50?这可不是企鹅币

天鹅座货运飞船Cygnus

  2011年1月,由西北工业大学与比利时冯·卡门流体力学研究所、欧洲航天局、德国宇航中心、美国斯坦福大学、英国萨瑞大学、英国穆拉德空间实验室、荷兰代尔夫特理工大学等一起共同发起的全世界五大洲23个国家与地区参与的QB50计划正式启动,历时6年多,终于与世人见面了。

  QB50计划是欧盟第七框架协议的旗舰项目,受到了欧盟乃至全世界的广泛关注和高度重视,它通过国际大学科计划吸引了全世界各大高校和科研机构参与,共同发射36颗2U和3U的立方星,组成国际卫星星座开展对低热层大气的科学探测。

  星座中的28颗立方星今天已随天鹅座货运飞船成功发射前往国际空间站,其余8颗立方星预计将稍后通过运载火箭直接发射入轨。QB50计划已成为迄今为止世界上参与国家最多的航天项目。

  低热层大气是指距地面90-360公里的大气层。QB50计划目前采用36颗立方星组成星座,由国际空间站释放部署在距离地面400公里高的轨道上。这些卫星用1-2年时间在大气阻力作用下,从400km逐渐衰减至90km,最终进入大气层烧毁,在此过程中共同对目前人类尚未深入涉足的低热层大气的中性粒子、带电离子组成与分布、阻力参数、大气温度、磁场等的进行长时间多点在轨测量,并开展卫星再入大气层过程的相关研究。这是人类首次开展对低热层大气的全面探测,具有重要的科学意义。

  什么是立方星

"翱翔一号”立方星实物图

世界首颗12U立方星“翱翔之星”实物图

  从功能上讲,卫星可以分为两部分,一部分是我们直观看到的卫星,称为“卫星平台”或“卫星总体”,另一部分是装在卫星平台上实现不同功能的载荷。普通的卫星在设计过程中要遵循“总体服从载荷”的原则,卫星的大小、内部构造等完全取决于载荷,在这种情况下,不同功能的卫星在大小、形状、构造是完全不同的。

  立方星是目前国际上广泛用于大学开展航天科学研究与教育的一种微纳卫星,其设计的理念为“载荷服从总体”。设计和制造都实行标准化,包括外形设计、内部构造以及配件接口、卡槽等均采用国际通用标准。标准的立方星采用1U架构,即体积为10cm×10cm×10cm。在此基础上,立方星可根据需求进行升级、扩增为“2U” “3U”甚至更大

  立方星最大的优势在于设计制造标准的统一,更有利于卫星在国际上的流通与合作使用。由于立方星的发射与制作成本一般在数百万元人民币以内,和动辄数亿乃至数十亿元的大卫星相比成本低得多。同时,立方星具有功能密度大、研制周期短、入轨快的特点,通过组网形成星座,可实现对海洋、大气环境、船舶、航天、航空飞行器等的监测;也可应用于空间成像,通信,大气研究,生物学研究,新技术试验平台等方面。

  六年磨一剑:让西工大标准变成国际标准

西工大自主研制的卫星部组件

  QB50计划引领了我国立方星技术的发展,可以说是我国立方星研究的起点。

  团队负责人周军教授详细介绍了立方星的“舶来史”:世界上第一批立方星发射于2003年,而我国正式启动立方星研究项目正是源于QB50计划。西工大发射的世界首颗12U立方星“翱翔之星”正是在QB50计划的基础上衍生的灵感。2016年6月,“翱翔之星”成功发射;同年,“翱翔”系列微小卫星获得第十八届中国科协年会全国科技工作者创新创业大赛金奖;紧随其后,”翱翔系列微小卫星”团队获得中国”互联网+"大学生创新创业大赛全国总冠军。

  在QB50的研究过程中,包括西工大在内的多所高校都独立发射了自主研制的立方星。“翱翔一号”内部使用的计算机,磁力矩器,飞轮,电源系统等关键部组件均为自主研制。

  一路走来,西工大也在大力推进QB50计划实施的过程中,在微小卫星领域取得了长足的发展:

  2016年4月24日,陕西省首个高校卫星测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颗12U立方星“翱翔之星”于海南文昌成功发射;2017年1月9日:西工大与航天科工集团联合研制的2U立方星“行云试验一号” 卫星于酒泉卫星发射中心成功发射;2017年4月18日:西工大自主研制的2U立方星“翱翔一号”卫星于美国卡纳维拉尔角空军基地成功发射.

  一年三星,西工大翱翔系列微小卫星团队已具备了较完善的立方星总体设计、部组件研制生产、整星集成测试、环境试验,以及在轨测控等条件,已经研制成功了2U,3U,6U,12U等系列化立方星,以及立方星部组件、立方星电磁弹射部署器等系列产品,并形成了立方星总体、组装集成和测试试验等的标准和规范,具备了年产10-20颗立方星的能力,主要面向遥感、通讯、空间探测和新技术验证等卫星应用领域。

  自西工大研制成功世界首颗12U立方星之后,国际上也开始了12U立方星的研制,采用的标准正是西工大标准。对于团队的未来,团队负责人周军教授表示,西工大会加强立方星技术创新发展,加快产业化步伐,不断提升在国际立方星领域的影响力。

责编:李文瑶