上天兩年，44項(xiàng)技術(shù)得到驗(yàn)證，4項(xiàng)首次科學(xué)成果發(fā)布，仍有科研成果持續(xù)產(chǎn)出——這是我國首顆“眾籌上天”衛(wèi)星交出的亮麗成績單。

何謂“眾籌上天”？由中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制的衛(wèi)星，搭載來自20余家科研機(jī)構(gòu)、涉及近10個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的16臺載荷，飛上天做空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)驗(yàn)證。“好比一趟太空航班，十幾家科研機(jī)構(gòu)‘拼盤’一架包機(jī)，去往太空完成各自的科學(xué)探索。”中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長張永合釋疑。

眼下，這個(gè)被命名為“創(chuàng)新X”的系列衛(wèi)星工程正緊鑼密鼓地研制第二顆衛(wèi)星，開展新一輪的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。近年來，隨著我國對空間領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、科技創(chuàng)新的加大投入，航天科技、空間科學(xué)快速發(fā)展，未來空間產(chǎn)業(yè)加速布局，這種“眾籌”的科研模式也受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。大江東工作室近日走進(jìn)“創(chuàng)新X”研制團(tuán)隊(duì)，叩問這一模式的創(chuàng)新之處。

空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)。本文圖片均由中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院提供

流程新，打破傳統(tǒng)造“星”模式

“傳統(tǒng)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)通常先由科學(xué)家提出科學(xué)目標(biāo)，爭取納入專門的衛(wèi)星項(xiàng)目，再研制載荷，搭載到衛(wèi)星，由運(yùn)載火箭送上天開展科學(xué)探測。而我們‘眾籌’衛(wèi)星的研制流程，恰好倒過來了?！敝袊茖W(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院創(chuàng)新X衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師張曉峰說，流程的創(chuàng)新緣自他們曾經(jīng)歷的科研苦惱：從科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的提出到太空驗(yàn)證，需要經(jīng)歷漫長的過程。每年都有很多實(shí)驗(yàn)室的新技術(shù)新成果希望上天觀測、驗(yàn)證，但最終能獲得上天的機(jī)會屈指可數(shù)。

2020年，張永合團(tuán)隊(duì)在研制愛因斯坦探針衛(wèi)星時(shí)，曾打算將其中一臺寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡試驗(yàn)?zāi)K先送入太空，驗(yàn)證其技術(shù)的可行性，以便后續(xù)優(yōu)化研發(fā)，卻苦于找不到合適的搭載衛(wèi)星。

“我們自己造衛(wèi)星的尚且有這樣的苦惱，更何況其他科研團(tuán)隊(duì)？”張永合說，我國大多采用專門科學(xué)目標(biāo)的衛(wèi)星研制模式，比如太陽探測衛(wèi)星上搭載的載荷均與太陽研究相關(guān)。由中國科學(xué)院國家天文臺、北京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)組成的太陽觀測科學(xué)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)可探測50萬攝氏度左右的太陽過渡區(qū)的46.5納米極紫外太陽成像儀，這是國際上首次采用多層膜窄帶濾光技術(shù)，具有極高的科學(xué)價(jià)值，但一直在等待太陽探測衛(wèi)星才會有上天驗(yàn)證的機(jī)會。

何不反其道而行之？先找到一同搭航班的乘客，再去洽談“包機(jī)”事宜，這樣既能縮減流程，也有望降低成本。張永合團(tuán)隊(duì)的大膽設(shè)想，得到了中國科學(xué)院的鼎力支持。

2021年初，中國科學(xué)院“力箭一號”首飛工程立項(xiàng)，力學(xué)所空天飛行科技中心主任、“力箭一號”運(yùn)載火箭總設(shè)計(jì)師楊毅強(qiáng)看到了“眾籌”衛(wèi)星與眾不同，愿免費(fèi)送這顆新星上天。在“經(jīng)費(fèi)自籌、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、科學(xué)優(yōu)先、過時(shí)不候”的遴選原則下，院方發(fā)文在院內(nèi)征集此趟包機(jī)的“乘客”。一時(shí)間，上百份申請涌向張永合團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過一年多遴選，包括46.5納米極紫外太陽成像儀在內(nèi)的十幾個(gè)新載荷，拿到了“眾籌”衛(wèi)星的“包機(jī)座位”。

“我們把這一新穎的‘湊’衛(wèi)星模式命名為‘創(chuàng)新X’系列，寓意著創(chuàng)新無極限?！睆堄篮险f，這是我國的空間科學(xué)衛(wèi)星，首次讓天文、量子、遙感、在軌制造等不同領(lǐng)域的載荷“搭乘”同一顆衛(wèi)星。

2022年1月9日，創(chuàng)新X衛(wèi)星在進(jìn)入真空罐前進(jìn)行熱控操作。

團(tuán)隊(duì)新，勇挑大梁迎接新挑戰(zhàn)

如果將衛(wèi)星比作馬、載荷比作馬鞍，那么“創(chuàng)新X”項(xiàng)目不同于以往的先有馬再配鞍，而是馬與鞍幾乎同步研制。通常，一顆重量620公斤的科學(xué)衛(wèi)星只搭載3臺左右的載荷，而“創(chuàng)新X”首發(fā)星要搭載來自20余家單位的16臺全新載荷，研制團(tuán)隊(duì)碰到了前所未有的挑戰(zhàn)。如何捏指成拳、為“座艙”排好位次？張曉峰說，在一年的研制時(shí)間里，每個(gè)月都有十幾場溝通會議，一項(xiàng)項(xiàng)搭載需求、一個(gè)個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，就是在一輪輪往復(fù)中磨出來的。

全新的科研模式需要全新的團(tuán)隊(duì)，微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院為“創(chuàng)新X”組建了一支由19名科研人員組成的全新團(tuán)隊(duì)，在發(fā)射場同步組建臨時(shí)黨支部，凝心聚力、刻苦攻關(guān)，完成各項(xiàng)工作任務(wù)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)平均年齡30歲，一半以上沒有航天型號研制的經(jīng)驗(yàn)，三分之二是85后，8名主任設(shè)計(jì)師中有6人是首次擔(dān)當(dāng)。1993年出生的徐東曉入職微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院兩年，就勇挑大梁，出任“創(chuàng)新X”星務(wù)副主任設(shè)計(jì)師。

“團(tuán)隊(duì)的優(yōu)點(diǎn)是闖勁足、創(chuàng)新能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是經(jīng)驗(yàn)不足。為此，我們采用雙責(zé)任制，即由部門主任和年輕的主任設(shè)計(jì)師共同負(fù)責(zé)，有經(jīng)驗(yàn)的師傅對技術(shù)狀態(tài)、質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，年輕設(shè)計(jì)師主導(dǎo)項(xiàng)目推進(jìn)?！睆垥苑逭f。

徐東曉研發(fā)的部分是衛(wèi)星的中樞神經(jīng)，負(fù)責(zé)所有載荷的運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)傳輸。盡管前期溝通充分，明確了各載荷之間的通信接口協(xié)議，但進(jìn)入實(shí)操后，仍出現(xiàn)了不少錯(cuò)誤。在老師傅的指導(dǎo)下，徐曉東把各家的問題整理成冊，讓大家傳閱，避免繼續(xù)“踩坑”。如今徐東曉也成了老師傅，在另一個(gè)項(xiàng)目上帶著新的科研人員。

管理上的革新帶來了質(zhì)量把控上的新問題，團(tuán)隊(duì)對研制中的每個(gè)質(zhì)量問題都不放過，堅(jiān)持“小題大做”。有一次，研制團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)低級錯(cuò)誤——把一根電纜插錯(cuò)了。對待該問題，研制團(tuán)隊(duì)召開全員大會進(jìn)行“檢討”，張曉峰嚴(yán)肅地對團(tuán)隊(duì)成員說，這些載荷是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里摸索了很久的心血，如果這顆衛(wèi)星沒做好，最傷心的將是信任我們、對空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)寄予厚望的科學(xué)家。同時(shí)，對待那些航天經(jīng)驗(yàn)欠缺的載荷研制團(tuán)隊(duì)，“創(chuàng)新X”研制團(tuán)隊(duì)在對待載荷質(zhì)量問題時(shí)，把過去“誰的錯(cuò)誰負(fù)責(zé)改”調(diào)整為“誰方便誰來改”，及時(shí)更改相應(yīng)的設(shè)計(jì)去適應(yīng)載荷。

“質(zhì)量可靠、嚴(yán)控成本、平臺保成功”，是研制團(tuán)隊(duì)心里繃緊的一根弦?！皩ξ覀兌?，這不僅是一項(xiàng)任務(wù)，更是一次創(chuàng)新的機(jī)會，因?yàn)檫@是眾籌項(xiàng)目，各家單位科研經(jīng)費(fèi)十分有限，我們要竭盡所能爭取效益最大化。錢學(xué)森老先生有一句名言在工程控制領(lǐng)域廣為流傳：‘只要自動控制做好了，即使元器件差一點(diǎn)，導(dǎo)彈也能打上天’。”張曉峰說，衛(wèi)星如果選用精度0.001°/s以上的陀螺儀，這塊的成本就會從幾十萬元增加到幾百萬元，權(quán)衡之下，團(tuán)隊(duì)決定選用精度0.003°/s的陀螺儀，并通過控制方法與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2022年春節(jié)前夕，火箭發(fā)射箭在弦上，研制團(tuán)隊(duì)必須趕在大年初一前，讓“創(chuàng)新X”首顆衛(wèi)星順利完成熱試驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)倒排工期，在僅有的12天測試時(shí)間里，從總設(shè)計(jì)師到科研人員全員上陣，吃住在單位，衛(wèi)星測試24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，團(tuán)隊(duì)實(shí)行兩班倒，直至除夕衛(wèi)星順利通過測試，用實(shí)際行動詮釋了科研工作者的敬業(yè)與擔(dān)當(dāng)。

2022年4月，研制團(tuán)隊(duì)分為“接衛(wèi)星”“送衛(wèi)星”“運(yùn)衛(wèi)星”三批隊(duì)伍，接力護(hù)送衛(wèi)星到發(fā)射場。受當(dāng)時(shí)疫情影響，發(fā)射過程中，原本30-40人的人員配置被縮減至7人，一個(gè)人要守住一塊陣地?！皠?chuàng)新X”研制團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守到了火箭成功升空的最后一刻，也因出色完成“創(chuàng)新X”首發(fā)星任務(wù)，成為獲得2023年中國科學(xué)院“年度團(tuán)隊(duì)”稱號的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一。

2022年3月18日，創(chuàng)新X衛(wèi)星封艙前進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)檢查。

模式新，航班式“驗(yàn)證平臺”激發(fā)創(chuàng)新熱情

2022年7月27日，“力箭一號”運(yùn)載火箭將“創(chuàng)新X”首發(fā)星成功送入500公里高度的預(yù)定軌道。此后半年，新技術(shù)得到驗(yàn)證、載荷獲得新發(fā)現(xiàn)的好消息，不斷傳回地面：打破人類探測伽馬射線暴的亮度紀(jì)錄，在國際上首次獲得寬視場X射線聚焦成像天圖，獲得我國首幅太陽過渡區(qū)圖像，國產(chǎn)量子磁力儀首次空間應(yīng)用并獲得全球磁場勘測圖……

豐碩的成果，顯示了“眾籌衛(wèi)星”在科研范式上的創(chuàng)新價(jià)值。張永合認(rèn)為，盡管每個(gè)載荷的目標(biāo)任務(wù)不同、科學(xué)觀測的對象和觀測的時(shí)長不同，但只要合理規(guī)劃，安排好位次和時(shí)序，都能在一顆衛(wèi)星上找到合適的“座位”。隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷積累，單個(gè)載荷的上天成本有望進(jìn)一步降低，將更加順應(yīng)我國空間科學(xué)當(dāng)下旺盛的科研需求。

“2000年左右，我國每年發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星約20顆，到2020年后，增加到60-80顆。隨著我國空間科學(xué)的蓬勃發(fā)展，新的空間科學(xué)技術(shù)需要得到快速驗(yàn)證、迭代。放眼全世界，低成本、短周期的商業(yè)航空，正在顛覆、取代傳統(tǒng)的航天模式，比如Space X的可回收火箭，星鏈計(jì)劃已發(fā)射幾千顆衛(wèi)星?！眲?chuàng)新X衛(wèi)星總指揮陳雯說。

研制團(tuán)隊(duì)做了研發(fā)成本對比發(fā)現(xiàn)，以2016年發(fā)射的我國首顆全球二氧化碳監(jiān)測實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星為例，衛(wèi)星平臺研發(fā)成本1.2億元，載荷成本1.2億元，而“創(chuàng)新X”首發(fā)星的衛(wèi)星平臺研發(fā)成本約3000萬元、載荷成本約5000萬元，大幅縮減。如果由30個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)平攤火箭、衛(wèi)星平臺、發(fā)射服務(wù)等費(fèi)用，每個(gè)團(tuán)隊(duì)大約需支付300-400萬元。

更顯著的改變在于，“創(chuàng)新X”系列衛(wèi)星不再走以往科學(xué)衛(wèi)星為載荷量身定制的路線，研制團(tuán)隊(duì)對衛(wèi)星平臺進(jìn)行了改造，有很好的適應(yīng)性，也可根據(jù)載荷需要進(jìn)行一些改造，即便臨時(shí)調(diào)換載荷，也無需推倒重來。“創(chuàng)新X”讓衛(wèi)星變得更加通用，可以適應(yīng)不同載荷的需求，為新型載荷、新技術(shù)產(chǎn)品提供一個(gè)開放式、寬適應(yīng)、低成本的試驗(yàn)平臺。

張永合介紹，微小衛(wèi)星正按照50公斤、200公斤、600公斤三個(gè)系列進(jìn)行研制，如果一顆衛(wèi)星可以搭載20-30個(gè)載荷，每年有2-3個(gè)固定“航班”，提供比較確定可及的空間驗(yàn)證機(jī)會，科學(xué)家可以像申請大科學(xué)裝置的機(jī)時(shí)一樣申請?zhí)赵囼?yàn)的機(jī)會，創(chuàng)新熱情將會被充分激發(fā)出來，這將大大激發(fā)我國空間科學(xué)的創(chuàng)造力。他建議，未來可以嘗試將科學(xué)探測和商業(yè)驗(yàn)證“混搭”，即一顆衛(wèi)星既搭載科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷，也搭載一些有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)驗(yàn)證載荷，以此平抑成本，讓眾籌模式得以持續(xù)發(fā)展下去。

分享讓更多人看到