“民營隊”解鎖航天科普全新打開方式

文／本刊記者 史 詩

航天“民營隊”再迎好消息：在一款新型亞軌道火箭的支撐下，一次太空飛行試驗與空間科學(xué)實驗圓滿完成，為在軌科研與應(yīng)用開辟了更廣闊的空間。

2021年12月17日14時30分，陜西華羿鴻達科技發(fā)展有限公司的“華羿一號”火箭在西北某試驗場發(fā)射升空，最大高度約250公里。火箭搭載的太空實驗衛(wèi)星“靈巧號”內(nèi)置火箭派“火種一號”空間微重力生物載荷實驗裝置，按計劃完成目標(biāo)。

什么是太空實驗衛(wèi)星？人們不禁要問，地面已經(jīng)容不下科學(xué)研究了嗎？

把科學(xué)研究“搬”上天

太空的微重力環(huán)境大大消除了沉降、浮力對流和靜壓梯度，能夠為科學(xué)研究提供新的領(lǐng)域和途徑。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，包括流體力學(xué)、材料科學(xué)和生物技術(shù)在內(nèi)的微重力科學(xué)與應(yīng)用已成為高科技發(fā)展中的一個嶄新領(lǐng)域，受到工業(yè)化國家的高度重視。

失重飛機飛行、亞軌道飛行和軌道飛行，都能創(chuàng)造微重力實驗條件。本次搭載的“靈巧號”太空實驗衛(wèi)星正是適用于亞軌道和軌道飛行各類短期、長期任務(wù)，拓展了空間科學(xué)實驗的平臺。

微重力環(huán)境為什么能創(chuàng)造更好的科學(xué)實驗條件？以最重要的空間生物技術(shù)之一、空間蛋白質(zhì)晶體生長為例，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，結(jié)晶是研究蛋白質(zhì)的有效手段，但在地球上很難制備出理想的蛋白質(zhì)晶體，因為地球重力造成的對流和沉降，導(dǎo)致晶體的形成可能出現(xiàn)缺陷和不規(guī)則，從而影響研究。而太空微重力環(huán)境能夠長出比地面晶體尺寸大、形態(tài)好、內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)排列更整齊的蛋白質(zhì)晶體，從而為其結(jié)構(gòu)與功能研究以及進一步的生物制藥等生物技術(shù)開發(fā)提供支持。國際空間站和我國的返回式衛(wèi)星、神舟飛船上都開展過這類研究。

3D打印賦能衛(wèi)星平臺研制

太空實驗衛(wèi)星“靈巧號”，是一枚專為生物、醫(yī)藥、材料、能源等太空實驗打造、身形靈巧的微納衛(wèi)星。

星眾空間西安分公司總經(jīng)理薛國糧告訴科普時報記者，通過衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的改造和傳感技術(shù)的增強，“靈巧號”為實驗載荷提供了一個有效減振、精準(zhǔn)溫控的實驗環(huán)境，能夠滿足該類實驗在軌觸發(fā)和數(shù)據(jù)精準(zhǔn)測量、記錄、存儲、下傳等共性需求。

值得一提的是，這顆“靈巧號”衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)是3D打印完成的。“傳統(tǒng)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與3D打印技術(shù)相結(jié)合，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少衛(wèi)星零件數(shù)量，提高整體結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)，不僅結(jié)構(gòu)重量減少30%，制造周期也大大縮短，適于使用鈦合金等新型材料進行制造。”薛國糧說。

然而，這并不是星眾空間第一次使用3D打印技術(shù)制造航天器和元件。2020年5月8日13時49分，我國新一代載人飛船順利返回地面，標(biāo)志著我國新一代載人飛船試驗船任務(wù)圓滿成功。彼時，載人飛船任務(wù)搭載的COSPOD—3D組件，就是星眾空間研發(fā)設(shè)計的世界首個基于金屬3D打印技術(shù)制造的立方星部署器。基于國際先進的金屬3D打印技術(shù)和3D打印設(shè)計優(yōu)化算法與材料，該新型部署器的結(jié)構(gòu)強度、材料性能和空間環(huán)境適應(yīng)性通過飛行得到了檢驗，并為“3D打印+航天”的大規(guī)模應(yīng)用和未來空間站在軌釋放、機動部署微納衛(wèi)星提供了數(shù)據(jù)，儲備了技術(shù)。

立方星是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的微納衛(wèi)星，以10cm×10cm×10cm為一個基本單元，稱為“1U”。完成本次飛行驗證的是一枚2U立方星，未來“靈巧號”太空實驗衛(wèi)星還將拓展至3U、6U、12U等不同構(gòu)型，以滿足不同規(guī)模太空實驗載荷的需求。

幫助青少年發(fā)射自己設(shè)計的衛(wèi)星

發(fā)展航天事業(yè)，人才儲備是必不可少的一環(huán)。為了讓更多青少年接受到航天科普教育，許多航天人都做出了努力。隨著太空科學(xué)實驗日益商業(yè)化、常態(tài)化，航天科普也有了更多“打開方式”。“青少年航天科普教育計劃”就是星眾空間推出的一項長期計劃，助力航天科普教育和培養(yǎng)航天人才。

前不久，星眾空間作為支持方之一參與了“全球大學(xué)生立方星挑戰(zhàn)賽”，鼓勵大學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新的立方星工程與應(yīng)用方案，收到了來自十余個國家的近百份作品。“接下來，我們計劃將大賽的參與對象拓展到中學(xué)生群體。此外，我們還會把優(yōu)秀的青少年立方星設(shè)計作品變成現(xiàn)實的衛(wèi)星，幫助他們將其送上太空，真正實現(xiàn)青少年研制、發(fā)射自己的衛(wèi)星。”

得益于政策的支持，我國商業(yè)航天迎來黃金發(fā)展期。在談到未來計劃時，薛國糧表示：一是衛(wèi)星部組件和衛(wèi)星平臺的研發(fā)，包括高性能部組件、高性能衛(wèi)星平臺的研發(fā)與深空探測衛(wèi)星的研發(fā)；二是衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)的商業(yè)化推廣，包括新型部署機構(gòu)的研發(fā)；三是航天科普教育的進一步推進，特別是基于立方星的國內(nèi)、國際科普教育。

將航天工程和科普教育融入青少年的日常學(xué)習(xí)和生活，航天“民營隊”正為我國航天人才建設(shè)貢獻力量，愿更多未來領(lǐng)航者們不負(fù)期待，逐夢蒼穹。