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陳宏宇：把衛(wèi)星做成白菜價(jià)，讓它從科學(xué)的頂峰下到尋常百姓家

點(diǎn)擊：  作者：陳宏宇    來源：SELF格致論道講壇  發(fā)布時(shí)間:2019-06-06 11:10:30

 

      “論單星的功能，微小衛(wèi)星和大衛(wèi)星比不了，但形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，就像形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)一樣，它的作用可能超過大的衛(wèi)星。”

陳宏宇

中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院 微納衛(wèi)星研究所所長

20年“追星”路

大家好，我叫陳宏宇，宏偉的宏，宇宙的宇。我來自中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院，是一名航天工程師。

我走上航天這條路比較偶然。我是在哈爾濱念的書，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)九五級(jí)航天工程與力學(xué)系飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)。

記得在高考前填報(bào)志愿的時(shí)候，我面對(duì)很多高校的各種專業(yè)，那時(shí)候信息還比較閉塞，對(duì)這些專業(yè)到底代表什么含義并不是很清楚。

當(dāng)時(shí)我妹妹還在上初中，她幫我看，說：“哥哥，你就選這個(gè)，飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)，你幫我造一個(gè)機(jī)器貓頭上那種竹蜻蜓飛行器。”我說：“好吧，就報(bào)它了。”

我父母都不知道我報(bào)了這個(gè)專業(yè)。錄取通知書下來以后，我老爸一看說：“你怎么選了這么冷門的一個(gè)專業(yè)，可能將來找不著工作。”

我說：“不管了！”，這樣我就上了大學(xué)，然后在哈工大完成了學(xué)業(yè)。

4年以后，也就是1999年，我畢業(yè)了，到現(xiàn)在是2019年，正好20年。這20年里中國航天的發(fā)展，我在見證，同時(shí)也在實(shí)踐。

就像我們國家的實(shí)力越來越強(qiáng)盛一樣，中國的航天事業(yè)也越來越繁榮，越來越昌盛。所以，在這20年中，我嘗試了很多很重要的衛(wèi)星。

下面這些是我參與和負(fù)責(zé)研制的主要衛(wèi)星。

 

參與和負(fù)責(zé)研制的主要衛(wèi)星

橫著看，有我們中科院第一顆現(xiàn)代微小衛(wèi)星“創(chuàng)新一號(hào)”。我從第一顆現(xiàn)代微小衛(wèi)星的設(shè)計(jì)師開始做起，做到主任設(shè)計(jì)師、總師助理、副總師、總師，甚至總指揮兼總設(shè)計(jì)師。

豎著看，這里面代表著不同高度的衛(wèi)星。不同高度的衛(wèi)星，它的環(huán)境不一樣。就好比我們汽車有轎車、大巴車、越野車、工程車等，環(huán)境不一樣，車的特點(diǎn)也不一樣。衛(wèi)星也是如此，不同高度的衛(wèi)星，它的技術(shù)難度、特點(diǎn)也不一樣。

從高軌36000千米到中軌衛(wèi)星，包括北斗的MEO衛(wèi)星我也參與過，還有700千米的，甚至最低的300千米的，最低的100千米的，我都嘗試過了，所以我很自豪。

我在科學(xué)院這幾年嘗試了不同高度的地球衛(wèi)星，很過癮。這種過癮是一種什么感覺呢？我想，可以用打電腦游戲那種升級(jí)闖關(guān)的感覺來描述。

做大衛(wèi)星還是小衛(wèi)星？

在闖關(guān)的第一步，我就面臨一個(gè)選擇，一個(gè)重大的職業(yè)選擇——是做傳統(tǒng)大衛(wèi)星還是做現(xiàn)代小衛(wèi)星？

大家知道這兩個(gè)概念的區(qū)別嗎？簡單地說，可以按重量來劃分。

一般來說，一噸以下的，幾十千克、幾百千克的這樣的衛(wèi)星，我們可以叫現(xiàn)代微小衛(wèi)星，或者叫微納衛(wèi)星。

如果傳統(tǒng)大衛(wèi)星有大象那么重的話，那么現(xiàn)代小衛(wèi)星可能像一只獵豹，更靈活、更精巧。

我也做過大衛(wèi)星，比如暗物質(zhì)衛(wèi)星、“悟空”、“墨子號(hào)”衛(wèi)星前期的方案論證，這些衛(wèi)星都是我們單位的小明星。

我也做過5年的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的副總師，但是北斗的第一顆衛(wèi)星I1-S衛(wèi)星成功打上天以后，我就到院領(lǐng)導(dǎo)的辦公室去了，我是去辭職。

我說：“北斗導(dǎo)航隊(duì)伍也成長起來了，我們的衛(wèi)星也發(fā)射成功了。但院長，我想辭去大衛(wèi)星的所有職務(wù)，包括將來的報(bào)獎(jiǎng)，我也一概不參與，我想專心做小衛(wèi)星。”后來，領(lǐng)導(dǎo)同意了。

大家可能會(huì)問，為什么我這么癡迷于現(xiàn)代小衛(wèi)星？因?yàn)樵谖铱磥恚m然大衛(wèi)星功能非常強(qiáng)大，但小衛(wèi)星有它獨(dú)有的魅力。具體來說有這么幾個(gè)方面。

首先，可以把微小衛(wèi)星想象成我們將以前用的臺(tái)式機(jī)電腦升級(jí)到筆記本電腦，這樣一個(gè)升級(jí)，使它更精巧、具備更高的集成度，而且它的成本很低。

我們希望把成本做得很低，甚至我跟一些朋友開玩笑地說：“我們要把衛(wèi)星做成白菜價(jià)。”

因?yàn)?b>只有衛(wèi)星的成本低了，它才能從科學(xué)的頂峰，下到尋常百姓家，讓所有人都能獲益。

通過批量生產(chǎn)降低成本，當(dāng)然需要衛(wèi)星制造符合工業(yè)化的流程，比如一些標(biāo)準(zhǔn)的模塊、標(biāo)準(zhǔn)的接口和組件。

更重要的是微小衛(wèi)星在天上可以組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就像我們看電影《終結(jié)者》一樣，形成一個(gè)“天網(wǎng)”。

當(dāng)然，那是一個(gè)恐怖的天網(wǎng)，我們要做一個(gè)和平的、為人類服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。天上的衛(wèi)星彼此之間能夠通信，能夠互聯(lián)，能夠做信息的交互。

論單星的功能，微小衛(wèi)星和大衛(wèi)星比不了，但形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，就像形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)一樣，它的作用可能超過大的衛(wèi)星。

我們北斗衛(wèi)星現(xiàn)在也組成了一個(gè)網(wǎng)，還有很多低軌的“星座”，都提出了“星座”的概念。

此外，衛(wèi)星應(yīng)該更智能。

衛(wèi)星的本質(zhì)是一個(gè)工具，不是眾星捧月的明星，應(yīng)該為人類服務(wù)，讓人更方便地使用這個(gè)工具。所以，我們想通過微小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更好地為人類服務(wù)的目的。

因?yàn)?b>它便宜、多、快，可以不斷地迭代、升級(jí)。我們有機(jī)會(huì)在小衛(wèi)星上用一些新東西，這樣，衛(wèi)星可以做的更智能、更好用。

第一關(guān)：伴隨小衛(wèi)星

我做好這些選擇以后，就開始做第一個(gè)“打怪升級(jí)”的項(xiàng)目了。它的名稱叫伴隨衛(wèi)星，是咱們國家第一顆空間伴隨衛(wèi)星。

 

SZ-7 飛船伴隨衛(wèi)星

上海微小衛(wèi)星工程中心

什么叫伴隨衛(wèi)星呢？

一個(gè)大的航天器，比如神舟飛船，它釋放出一個(gè)小衛(wèi)星，小衛(wèi)星在上下前后圍著大航天器旋轉(zhuǎn)、拍攝、監(jiān)測，提供監(jiān)視護(hù)航等。

有人形象地把這樣一個(gè)小衛(wèi)星形容成大衛(wèi)星的小護(hù)士、小保鏢。這樣的衛(wèi)星在我們國家之前是沒有的。

我接到這個(gè)任務(wù)以后，第一個(gè)想法是為什么它會(huì)伴隨起來呢？我曾經(jīng)想，是不是萬有引力？中間一個(gè)那么重的大星，它可以把小星吸住，在萬有引力的作用下就可以繞圈飛行了？

再想想不對(duì)，萬有引力公式是F=(G×M×m)/r²。簡單估算一下，那種力是微乎其微的，不足以吸引它形成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)。

那應(yīng)該如何讓小衛(wèi)星形成伴隨呢？我不斷地研究，我的碩士研究課題、博士研究課題都是圍繞這個(gè)領(lǐng)域完成的，包括在工程實(shí)踐中不斷地加深理解，對(duì)這件事情的認(rèn)識(shí)也逐步深入。

后來，在伴隨衛(wèi)星研究領(lǐng)域，我專門寫了一本書，就是描述空間伴隨運(yùn)動(dòng)。

這樣一個(gè)衛(wèi)星在軌是這樣工作的。

“神舟七號(hào)”是2008年發(fā)射的，伴隨衛(wèi)星放在神舟飛船的頂部，和飛船一起入軌。那次飛行的航天員乘組第一次實(shí)現(xiàn)航天員載人出艙。第一個(gè)出艙的是翟志剛。

衛(wèi)星和飛船是獨(dú)立的，只是放在飛船的外部。航天員完成出艙活動(dòng)以后，艙內(nèi)的另外一個(gè)航天員景海鵬，在艙內(nèi)用按鈕釋放了伴星。

這個(gè)伴星是非常智能的，它要自己保證姿態(tài)的穩(wěn)定，還要將自帶的相機(jī)對(duì)準(zhǔn)我們的飛船，而且它要選一個(gè)合適的陽照窗口。

衛(wèi)星要選一個(gè)智能的陽照窗口，太陽正好照在我們的飛船上，然后去拍一系列的照片和視頻。

 

SZ-7伴星拍攝飛船

這是我們國家第一次在空中拍一個(gè)飛船的照片，左邊是剛剛釋放的情況。

因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)順光觀測，就像太陽在我身后，前面是飛船，我是伴星，這么拍攝的話，如果大家是飛船，那么大家的笑容都拍得下來，非常清晰。當(dāng)然，黑色的一個(gè)塊就是伴星投射在上面的影子。

另外一個(gè)是飛到大概100多米拍到的另外一張照片（上圖右），上面有兩臺(tái)相機(jī)。

拍第一張照片的時(shí)候真的很興奮，因?yàn)樽约旱漠a(chǎn)品上去以后，要這么智能地完成一系列動(dòng)作。當(dāng)初第一張照片從天上傳下來的時(shí)候，恨不得擁抱在場所有人。

但是，現(xiàn)在大家看這張照片，實(shí)際上分辨率不算高，而且帆板還是有些過曝的。

因?yàn)樘焐系奶柗浅Ｃ髁粒盏帽砻娣浅Ａ粒茈y控制它的光，沒法自動(dòng)測光，必須事先估算好，用公式計(jì)算出來，所以有一些偏差，心里還是有些小遺憾的。

想彌補(bǔ)遺憾，拍更漂亮的照片怎么辦呢？機(jī)會(huì)還是有的。

2016年的時(shí)候，又給了我們一個(gè)機(jī)會(huì)，再發(fā)一個(gè)伴星的升級(jí)版，我們叫“天宮二號(hào)”伴星。

這是伴星釋放的那一時(shí)刻，航天員用手持?jǐn)z像機(jī)拍攝下來的，對(duì)他們來說，這是一個(gè)附加的任務(wù)。

當(dāng)時(shí)在北京BACC飛控大廳里面，我們監(jiān)視著航天員，看著他們24小時(shí)的狀態(tài)。

當(dāng)時(shí)，航天員剛剛起床，襪子都沒來得及穿，然后接到一個(gè)任務(wù)，就是我們要放伴星了，讓他們?cè)囋嚹懿荒芸吹桨樾恰?span lang="EN-US">

接到任務(wù)后，航天員們就趕快找各種攝像機(jī)連線，然后在一個(gè)小的舷窗窗口往下拍。

航天員的素質(zhì)真是非常高。伴星釋放的時(shí)候是當(dāng)?shù)氐囊雇恚缓筮^段時(shí)間到白天，剛開始是黑乎乎的，什么也看不到，航天員憑肉眼就監(jiān)測到了200多米外的伴星，然后拉長焦距，一直保持著監(jiān)視的狀態(tài)。

然后，通過我們國家的“天鏈”衛(wèi)星將圖像傳到地面，這樣我們?cè)诂F(xiàn)場就看到了伴星的釋放。

當(dāng)然，航天員拍到我們的伴星，伴星也不能閑著，我們給伴星設(shè)計(jì)的飛行程序是“互拍”。

所以在這一時(shí)刻，伴星也調(diào)整好它的方向，把相機(jī)對(duì)著航天員整個(gè)一個(gè)大的組合體。那時(shí)，“神舟十一號(hào)”飛船和“天宮二號(hào)”已經(jīng)形成一個(gè)組合體了。

伴星拍攝的照片是什么樣呢？大家可以看一下，非常清晰。

 

伴星拍攝的組合體可見光圖像

因?yàn)轱@示的原因，實(shí)際上利用原始的分辨率放大到一兩米的話，我們可以看得非常清晰，能看到很多細(xì)節(jié)，包括外邊的一些細(xì)的電纜、管路等，都能看得清楚。

伴星上的相機(jī)是完全國產(chǎn)的，所以我們的國產(chǎn)相機(jī)比手持?jǐn)z像機(jī)的效果還要好。

這是我8年前后的一個(gè)對(duì)比，我旁邊是伴星。

 

從“神七”伴星到“天宮二號(hào)”伴星，大家看到伴星的尺寸更小了，功能密度更高了。

衛(wèi)星上的載荷，即各種相機(jī)、實(shí)驗(yàn)裝置，“神七”伴星只有1個(gè)，“天宮二號(hào)”伴星裝了6臺(tái)不同的實(shí)驗(yàn)裝置。

總的來說，做伴星很艱苦，但是我從中感覺到做工程和做科研不一樣。

工程會(huì)存在很多約束，比如衛(wèi)星的重量、尺寸、功耗不能超標(biāo)，必須有一定的安全軌道等。

工程有很多的約束，很多的限制，但它也有獨(dú)特的魅力。

有人形容“工程是戴著鐐銬的舞蹈”，你要享受在各種約束的情況下，完成最終目標(biāo)的這個(gè)過程。

第二關(guān)：力星的故事

第一個(gè)衛(wèi)星完成了，還挺有難度的，我們的“小野心”就一點(diǎn)點(diǎn)膨脹了。有沒有更好玩的衛(wèi)星讓我們?nèi)プ鲎觯窟@就開始了打怪升級(jí)的第二關(guān)——關(guān)于另外一顆衛(wèi)星的故事，我們叫它力星。

這張圖表示了我們頭頂空間的不同層次。

 

頭頂空間的不同層次

我們一般的飛機(jī)大概飛在萬米高空，10千米左右。軍用飛機(jī)可能飛得更高一些，無人機(jī)更高一些，但也就是二三十千米，不會(huì)太高，再高的話大氣比較稀薄，缺乏空氣動(dòng)力，就飛不起來了。

飛艇能飛得更高，但是即使到臨界空間，基本也就是在八九十千米之內(nèi)。一般的衛(wèi)星飛在300千米以上。

我們感覺外太空是真空，對(duì)衛(wèi)星來說，實(shí)際上還是有很多氣體分子。這些分子對(duì)衛(wèi)星來說已經(jīng)足夠稠密，因?yàn)樗俣忍炝恕?span lang="EN-US">

第一宇宙速度是7.9千米每秒，在快速飛行的過程中，這些大氣分子的撞擊會(huì)讓衛(wèi)星軌道快速地衰減。

我們的空間站“天宮”現(xiàn)在達(dá)到400千米了，300千米以下是沒有衛(wèi)星能夠長期飛行的。

在這中間有一個(gè)區(qū)域，就是圖中（上圖）用黃色標(biāo)出的，差不多70多千米到一百五六十千米，科學(xué)家叫它過渡流區(qū)。

這個(gè)空域是人類沒有涉足的一個(gè)神秘區(qū)域，里面有怎樣的空間環(huán)境，有多少分子，什么狀態(tài)，我們都不知道。很多科學(xué)家想去研究，但卻一直沒有手段進(jìn)入這個(gè)區(qū)域。

國外是怎么研究的呢？國外有一種給太空旅游做準(zhǔn)備的太空船，從地面發(fā)上去，但是到100千米很快就掉下來了，它沒法形成軌道飛行。在100千米的時(shí)間只有大概不到10分鐘。

 

太空船一號(hào)

國外也有衛(wèi)星從天上往下走，比如說歐空局的GOCE衛(wèi)星，它最低飛到250千米，也不敢再下了，因?yàn)橄旅嫣衩亓诵睦餂]底。

 

GOCE衛(wèi)星（歐空局）

日本2017年年底發(fā)射了一顆衛(wèi)星“燕”，是探測低軌道的一個(gè)超低軌道衛(wèi)星，它也很謹(jǐn)慎，逐漸向下走。

2017年12月到現(xiàn)在，有一年多了，我可以在數(shù)據(jù)庫里觀察到它的變化，現(xiàn)在它只飛到了300多千米，還沒到300千米。

但是，我們國家的科學(xué)家膽子很大，他們問我能不能做一顆100千米的衛(wèi)星，而且要飛的時(shí)間久一些？

科學(xué)家提出“保三爭一”。保證衛(wèi)星飛三圈，就心滿意足了。因?yàn)轱w行三圈能得到很多數(shù)據(jù)，一圈差不多是一個(gè)半小時(shí)，三圈就是將近5個(gè)小時(shí)，能采集到全球很多的數(shù)據(jù)。

如果能“爭一”，就是爭取飛一天16圈，那就太開心了。我們說可以試試，既然是人類沒有涉足的區(qū)域，我們?cè)敢鈬L試一下。

結(jié)果接了任務(wù)以后，發(fā)現(xiàn)是個(gè)“大坑”，為什么呢？

看一下這枯燥的數(shù)據(jù)，400千米是我們“天宮”和國際空間站的飛行高度，它的平均大氣密度，我們關(guān)注上面的角標(biāo)，是負(fù)12，如果到了110千米，是負(fù)8。

 

超低軌道大氣密度呈數(shù)量級(jí)增長

這意味著110千米的大氣密度是400千米的大氣密度的1萬倍以上。相當(dāng)于我們從空中開著飛機(jī)開到水里了，而且還保持飛機(jī)的速度。這會(huì)帶來一系列的問題，一系列的“坑”。

衛(wèi)星要解決的第一個(gè)“坑”是什么呢？

我們都體會(huì)過游泳的感覺，對(duì)會(huì)游泳的人來說很輕松，但是不會(huì)游泳的人在水里可能原地打轉(zhuǎn)，或者身體翻跟頭。

衛(wèi)星也是一樣，在這么稠密的大氣中飛行，它碰到大氣的阻力是高軌衛(wèi)星的1萬倍，稍有不慎就翻跟頭了。

我們當(dāng)時(shí)就想，用什么辦法可以不讓衛(wèi)星翻跟頭呢？

有一種常見的球類體育項(xiàng)目，這種球在空中飛的時(shí)候很穩(wěn)定，大部分人都玩過——羽毛球。

為什么羽毛球在空中飛的時(shí)候不翻跟頭？這是有科學(xué)原理的，它的羽毛在后面，重心在前面。

我們受到了啟發(fā)，隨后做了很多仿真設(shè)計(jì)，計(jì)算了好多天，很多數(shù)據(jù)支撐我們這樣一個(gè)設(shè)計(jì)。

我們做出衛(wèi)星的初始構(gòu)型，但還是不夠好。沒關(guān)系，過了幾個(gè)月我們又有新的構(gòu)型了。然后我們還是不斷去完善，后來又設(shè)計(jì)了第三個(gè)版本。

 

初始的三版構(gòu)型

最后的衛(wèi)星大概是這樣，這是衛(wèi)星沒穿衣服“裸體”的樣子。

 

衛(wèi)星構(gòu)型

它有點(diǎn)不像衛(wèi)星了，甚至像一個(gè)導(dǎo)彈，帶著翅膀，呈錐柱形，這樣的流線型設(shè)計(jì)會(huì)讓它在空中飛得更好。

這個(gè)衛(wèi)星是搭載量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)上天的。“墨子號(hào)”是主星，我們的衛(wèi)星達(dá)到500千米后自己就下去了。

 

衛(wèi)星搭載量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”上天

剛才只說到一個(gè)問題，衛(wèi)星的姿態(tài)問題，其實(shí)還有一個(gè)更重要的問題——熱。

在高速飛行的時(shí)候，衛(wèi)星的頭部溫度能到六七百度，這么高的溫度，衣服都燒化了。

電子元器件放到火爐里是肯定不能工作的，所以我們要解決熱的問題。

不但要跟外界的熱隔起來，里邊有很多的機(jī)械在工作，還要把內(nèi)部的熱量散出去。

我們用了所有能想到的先進(jìn)的方法。比如，我們現(xiàn)在很多手機(jī)里面用到的石墨烯，導(dǎo)熱很好，我們的衛(wèi)星用了。

一些柔性的熱管，甚至三維的我們也用了。氣凝膠這樣的納米材料非常輕，用它隔熱，衛(wèi)星上也用了。

我們甚至把消防員的衣服都研究了一遍。為什么消防員能進(jìn)到火里面，因?yàn)樗囊路幸恍┠蜔岬牟牧希窀吖柩醪嫉龋覀兌冀o衛(wèi)星使用了。

這樣，我們就保證衛(wèi)星在軌的溫度像我們感受室溫一樣，非常舒服。

現(xiàn)在想起來往事不堪回首，這個(gè)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和制造過程中遇到了太多困難。不光是剛才提到的問題，還有軌道問題。

一個(gè)航天器在天上飛的時(shí)候，有稠密的大氣。

從500千米下到100千米，日本的衛(wèi)星用了一年時(shí)間，只下到了300千米，我們的衛(wèi)星從500千米下到100千米只用了一天，非常快。

但衛(wèi)星碰到的難題很多，沒有地面的支持，衛(wèi)星必須自主識(shí)別自己的高度，它用自己的軌道的測量，看自己到什么高度了和下降的速率，一共用了4種軌道控制的方法，衛(wèi)星安全降到100多千米，而且還要自己維持。

相當(dāng)于在飛快前進(jìn)的時(shí)候，衛(wèi)星還要自己維持高度，讓自己不會(huì)很快掉下來。

這個(gè)高度如果不做軌道控制，大概2個(gè)小時(shí)就到地面了，但是我們的衛(wèi)星最后在軌飛行了4天，非常成功！

這是實(shí)驗(yàn)成功以后在場的所有人，穿白色衣服的是科學(xué)家，穿藍(lán)色衣服的是我們的小伙伴們——工程團(tuán)隊(duì)，穿藍(lán)綠色的衣服是西安衛(wèi)星測控中心的各位老師們。

 

實(shí)驗(yàn)成功后合影

我們幾乎四天四夜沒合眼完成這個(gè)任務(wù)，但結(jié)果非常開心。

這個(gè)任務(wù)讓我們感覺到，在一個(gè)處女地去做科研容易成功。

是好奇心讓航天技術(shù)，甚至是整個(gè)科研技術(shù)不斷進(jìn)步，這是它的第一驅(qū)動(dòng)力。

好奇心會(huì)帶來很豐碩的成果，但是也可能會(huì)帶來很多難題，需要不斷去克服。

 第三關(guān)：光譜微納衛(wèi)星的故事

衛(wèi)星打完了，下一關(guān)該做什么了，我們想是不是該自我超越一下？

我們做衛(wèi)星將近20年了，我們自己不滿足，希望能自我超越。因?yàn)?b>現(xiàn)在衛(wèi)星還是太貴，研制周期太長，用戶體驗(yàn)似乎也不好。

怎么能讓衛(wèi)星更好呢？我們的機(jī)會(huì)來了。

2014年，我們一個(gè)院長跟我說：“我有一個(gè)非常好的相機(jī)叫高光譜相機(jī)，你幫我打上去。”

什么叫高光譜相機(jī)？我們傳統(tǒng)的相機(jī)，包括我們的手機(jī)基本都是用三種顏色RGB（紅綠藍(lán)）來融合一個(gè)七彩的世界。

高光譜相機(jī)是把這個(gè)世界的顏色分成了100多種，非常清晰。

用這個(gè)相機(jī)拍地面，普通相機(jī)拍到大概是這個(gè)樣子，類比一下，我們看到上面有幾塊綠色的草地，但其中有兩塊是塑料的假草地，肉眼可能分不出來，在高光譜相機(jī)下真?zhèn)瘟F(xiàn)。

 

普通相機(jī)與高光譜相機(jī)拍攝圖片對(duì)比

相機(jī)這么高級(jí)，我們的衛(wèi)星也不能落后了，一定要做更高級(jí)的衛(wèi)星。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星內(nèi)部其實(shí)沒什么東西，挺丑的。以前的衛(wèi)星里邊首先是有很多黑盒子，還有很多線，很多電纜。

我跟小伙伴們說：“不行，我們的衛(wèi)星一定要做得漂漂亮亮的。”

首先把里面的殼全扒了，把里邊的電路板拿出來，整整齊齊排好隊(duì)，做好統(tǒng)一的機(jī)箱，做綜合電子。

甚至我要求衛(wèi)星的表面不能有螺釘?shù)耐蛊穑砻婀饣?span lang="EN-US">

衛(wèi)星還需要更快地組裝，能不能像小朋友玩的樂高積木一樣，做很多標(biāo)準(zhǔn)的模塊，我們把它拼起來，拼各種各樣的衛(wèi)星，生產(chǎn)就更快了。

 

通用模塊化設(shè)計(jì)

大家完成了這些任務(wù)，而且鍍了一個(gè)“土豪金”的顏色。這只完成了第一步。

衛(wèi)星是個(gè)航天器，在天上要工作，跟我們的手機(jī)一樣，要好用，首先得有電。

所以，衛(wèi)星要有很大的太陽能帆板，保證足夠的電力。

但是在火箭里面要做得足夠小，才能在一個(gè)火箭上裝更多的衛(wèi)星。

怎么辦？我們想到了變形金剛。衛(wèi)星的帆板能不能變形一下？

我們?cè)O(shè)計(jì)了用一個(gè)熱刀解鎖一個(gè)繩索，很輕柔地展開一個(gè)二維的帆板，讓衛(wèi)星通過很小的收攏面積獲得更大的展開面積。

 

衛(wèi)星帆板變形

最終，衛(wèi)星在軌獲得了150瓦的能源，拍了很多很多照片。

為了控制衛(wèi)星的成本，我們用了飛機(jī)上蒙皮的一種輕小的材料，但是帶來了新的問題。

為了它的真空的放氣，我們的設(shè)計(jì)師手動(dòng)在板子上打了12600個(gè)小眼。

用市面能買到的最小的鉆頭，大概不到一毫米粗的鉆頭打眼，就是為了保證地面的產(chǎn)品能到天上使用，適應(yīng)惡劣的環(huán)境。

這是帆板的一次測試，可以看到，展開是非常漂亮的。

 

帆板測試

這是拍到的第一張照片，是我國西藏地區(qū)。

 

在軌首張圖片

它是一個(gè)數(shù)據(jù)云，數(shù)據(jù)非常大，我們截取其中一個(gè)片段，跟谷歌地球比一下，同分辨率下，我們的色彩、層次感非常好。

 

在軌首張圖片細(xì)節(jié)對(duì)比

衛(wèi)星還拍了很多照片，包括我們熟悉的上海、長三角、杭州灣、青海湖，也有國外的照片，五大洲我們都拍了個(gè)遍，把“一帶一路”上所有的國家都拍了，把我們國家拍了整整兩遍。

 

衛(wèi)星拍攝照片

這樣的衛(wèi)星還有很多應(yīng)用，我們用樂高作比喻。樂高不光能組成一個(gè)玩具，衛(wèi)星也不光能做成一個(gè)星。

我們用同樣的設(shè)計(jì)方法，很快，用1年時(shí)間，已經(jīng)完成了“向日葵一號(hào)”的發(fā)射，“天智一號(hào)”，即大名鼎鼎的軟件定義衛(wèi)星的發(fā)射，后面我們還在做量子衛(wèi)星的小型版和引力波探測衛(wèi)星的小型版，2020年左右就可以發(fā)射了。

 

當(dāng)然，我們希望將來能夠做批量的生產(chǎn)，有工業(yè)化的思路，將來撒豆成兵的時(shí)候就有基礎(chǔ)了，建星網(wǎng)就更容易了。

5年，讓120顆衛(wèi)星布滿全球

最后展示一下我的團(tuán)隊(duì)。有60多位帥哥美女，他們非常單純，非常可愛，非常能干。

 

團(tuán)隊(duì)合影

這是我們發(fā)射力星的時(shí)候，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的合影。這就是我們住的宿舍樓的背后，可見是茫茫戈壁了。

我們活動(dòng)的主題叫“定義未來”。未來我們做什么？

雖然連闖了三關(guān)，在航天領(lǐng)域，特別是微納衛(wèi)星領(lǐng)域，我們算小有名氣，但是我們不滿足，我們覺得這只是我們的開始。

將來，我們希望可以用微納衛(wèi)星，用比較低的成本去更遠(yuǎn)的地方。

世界這么大，宇宙這么大，我們都想去看看，我們想去月亮，去火星。

我們正在研究的是到小行星帶上，找合適的小行星采礦。據(jù)說，有的小行星上可是有鉆石的。

更現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)，我們準(zhǔn)備用5年時(shí)間做一個(gè)“星座”，讓120顆衛(wèi)星布滿全球。在北斗和GPS衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，用它們?cè)嫉臄?shù)據(jù)我們?cè)僮鲞M(jìn)一步提高。

大家知道，現(xiàn)在北斗導(dǎo)航非常好用了。我們剛剛完成了中國第三代北斗衛(wèi)星的發(fā)布，有了我們國家自己的北斗，各行各業(yè)都更加方便，但是受到技術(shù)體制（包括GPS也一樣）的限制，還是有點(diǎn)美中不足。

北斗的定位精度現(xiàn)在只到了5米左右，再往前提高比較困難。我們開車在高架橋上行駛時(shí)，有時(shí)候衛(wèi)星分不清到底是在橋下面還是上面，需要人為輔助，包括車道也分不清。

所以，我們想做一個(gè)導(dǎo)航增強(qiáng)，把將來的導(dǎo)航定位精度從5米提高到5厘米。如果這樣的話，將來自動(dòng)駕駛都不成問題了。

所以，到現(xiàn)在我也沒學(xué)開車，我沒有駕照，我等著自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的那一天！

大家對(duì)這一天有沒有期待，有沒有信心？我們5年后見。謝謝！