美國“火箭實驗室”近日使用該公司研制的小型運載火箭“電子”號成功發(fā)射13顆立方體衛(wèi)星，這些衛(wèi)星全部進(jìn)入指定軌道。

　　以微小衛(wèi)星為運載載荷的“電子”號有何技術(shù)特點？微小衛(wèi)星究竟有何優(yōu)勢，讓人們?yōu)橹冻鲋T多努力？有媒體報道，微小衛(wèi)星數(shù)量增加將帶來太空安全問題，這種情況是否屬實？科技日報記者帶著這些問題，采訪了北京星際榮耀空間科技有限公司技術(shù)副總裁、航天專家張琦。

　　公開資料顯示，本次成功發(fā)射的是第三枚“電子”號火箭，也是該型號火箭首次進(jìn)行商業(yè)發(fā)射。此前的兩次試飛中，首次失敗，第二次成功，真可謂“好事多磨”。

　　2017年5月25日,“電子”號在新西蘭北島首次試射，代號為“這是一次實驗”，完成了第一級點火工作、級間分離、第二級點火和整流罩分離程序，但未能成功入軌。而代號為“這仍是一次實驗”的第二次試射本來計劃于2017年12月份完成，由于“天氣不佳”“技術(shù)問題”推遲到2018年1月21日，最后成功將3顆立方體衛(wèi)星送入軌道。2018年4月，代號為“開業(yè)了”的第三次發(fā)射又因火箭第一級一臺發(fā)動機(jī)電機(jī)控制器出問題而再度推遲到6月底，即將點火起飛之時又因問題復(fù)現(xiàn)而再一次推遲到12月。至此，“電子”號火箭終于結(jié)束了坎坷的歷程，將攜帶的13顆立方體衛(wèi)星成功送入軌道。

　　“該火箭十分‘迷你’，全長只有17米，直徑1.2米，起飛質(zhì)量僅為10.5噸，500千米太陽同步軌道運載能力為150千克?！睆堢嬖V記者，一般來說，“電子”號這樣的小型火箭，單位成本大于中大型火箭，但總體成本相對較小。以前，如此“低”的運載能力并沒有太大的商業(yè)價值，但是隨著衛(wèi)星的小型化發(fā)展，小型火箭也能一次性運載多顆衛(wèi)星，其商業(yè)價值正在逐步顯現(xiàn)。

　　“電子”號火箭的技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在三個方面。其一，它是世界上首次采用電驅(qū)動渦輪泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃?xì)怛?qū)動的化學(xué)火箭，效率顯著提升；其二，“電子”號整流罩、液氧儲箱等部位大量采用碳纖維復(fù)合材料，將自重降低至近乎極限，以提高運載能力；其三，“電子”號的盧瑟福發(fā)動機(jī)很多零部件制造均采用3D打印技術(shù)，制造效率顯著提升。

　　除了“電子”號關(guān)鍵技術(shù)上的攻關(guān)，其背后“金主”洛克希德?馬丁公司的全面幫助、農(nóng)業(yè)大國新西蘭在發(fā)射場地上的大力支持，都是火箭實驗室成為商業(yè)航天微小衛(wèi)星發(fā)射領(lǐng)域領(lǐng)頭羊的助推因素。

　　近年來，隨著航天技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，衛(wèi)星也扮演著越來越重要的角色。張琦指出，衛(wèi)星主要應(yīng)用于遙感、通訊、導(dǎo)航三大領(lǐng)域。遙感，即利用光源進(jìn)行拍照，照片用于商業(yè)或者軍事用途。例如，我國每年農(nóng)作物進(jìn)出口貨量和價格的預(yù)判就是通過遙感衛(wèi)星追蹤國內(nèi)作物長勢并結(jié)合往年數(shù)據(jù)等評估出來的。衛(wèi)星在通訊領(lǐng)域大有可為體現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)兩個方面。未來，可通過衛(wèi)星代替地面基站，以突破地域、海洋等地理條件對互聯(lián)網(wǎng)信號傳播的限制。例如南極、青藏高原等地面設(shè)施建設(shè)難度大的區(qū)域，只需發(fā)射衛(wèi)星基站便可輕松解決。另一方面，如果汽車、船舶、集裝箱等安裝上傳感器并與衛(wèi)星相連，商家便能實時掌控自己的資產(chǎn)分布、市場運轉(zhuǎn)以及商業(yè)運營情況。導(dǎo)航也是人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓诫x不開的衛(wèi)星服務(wù)之一，不論想去多遠(yuǎn)的地方，只要手機(jī)輕輕一點，就會自動規(guī)劃出最優(yōu)路線。

　　“目前看來，衛(wèi)星正向著越做越大和越做越小的兩極化發(fā)展?！睆堢硎?，一方面，高性能單個衛(wèi)星的體型越來越大、能力越來越強(qiáng)，可以發(fā)射到低軌、中軌和高軌，軌道越高，單個衛(wèi)星的覆蓋范圍也越大，搜集的信息也越多。例如36000千米的地球同步軌道上，3顆衛(wèi)星就能將地球完全覆蓋。當(dāng)然，大衛(wèi)星也面臨著制造和發(fā)射成本過高的壓力。因此，在電子元器件的高精度、微型化、高密集化發(fā)展的助推之下，衛(wèi)星的小型化也成為一個重要的發(fā)展趨勢。

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　　“重量在10—100千克的微小衛(wèi)星在遙感、通訊兩大領(lǐng)域中展現(xiàn)出了潛在的商業(yè)價值。不同于傳統(tǒng)大衛(wèi)星所針對的國家、軍隊或重要商業(yè)用戶，微小衛(wèi)星在遙感、通訊領(lǐng)域的服務(wù)對象可以是小型商業(yè)用戶甚至是普通民眾。正是由于微小衛(wèi)星的成本較低，普通用戶也能用得起。隨著微小衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量越來越多，逐漸在某些軌道組成衛(wèi)星星座，其所能提供的服務(wù)種類和地域范圍也將逐步擴(kuò)張?！睆堢硎荆⑿⌒l(wèi)星功率小、搭載能力有限，必須通過降低軌道高度才能達(dá)到與大型衛(wèi)星相匹配的性能指標(biāo)，因此一般微小衛(wèi)星軌道高度都在1000千米以下。雖然低軌道微小衛(wèi)星也可實現(xiàn)導(dǎo)航功能，但是由于中、高軌的GPS、北斗、GLONASS系統(tǒng)等國家層面的導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)趨于成熟，因此微小衛(wèi)星的導(dǎo)航市場還不甚明朗。

　　微小衛(wèi)星研發(fā)周期短、研制經(jīng)費低，可以多顆小衛(wèi)星組網(wǎng)形成“虛擬大衛(wèi)星”。近年來，隨著微電子技術(shù)、輕型材料以及高功率太陽能電池等技術(shù)的發(fā)展，微小衛(wèi)星開始“火”起來。2017年2月15日，印度使用運載火箭一次性就發(fā)射104顆微小衛(wèi)星。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2016年，全球在軌微小衛(wèi)星超過300顆；按照國內(nèi)商業(yè)航天公司規(guī)劃，未來3年僅我國就將發(fā)射300顆商業(yè)微小衛(wèi)星；而根據(jù)有關(guān)部門的估計，未來5年全球微小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量將超過2000顆。

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　　“隨著微小衛(wèi)星數(shù)量急劇上升，其安全問題將愈加突出?！睆堢赋觯芟抻诔杀竞痛钶d能力，正在研發(fā)和已服役的微小衛(wèi)星中，只有少量裝備了電推進(jìn)等軌道控制裝置，可以在衛(wèi)星失效前主動降低軌道，快速進(jìn)入大氣層燒毀。絕大部分微小衛(wèi)星沒有軌道控制能力，一旦失效將在一段時間內(nèi)駐留太空，擠占軌道資源，成為太空垃圾。

　　記者了解到，太空垃圾威脅不可小覷。據(jù)報道，人類可以檢測到的直徑超過10厘米的太空垃圾已經(jīng)超過1萬6千個，而直徑幾毫米的太空垃圾就足以使價值上億美元的航天器失去工作能力。2018年7月2日，歐洲空間局監(jiān)測到一塊太空垃圾正撞向CryoSat-2地球探測衛(wèi)星，歐空局緊急操控CryoSat-2改變軌道才避免了這場“太空碰瓷”。僅在2014年3月至4月間，國際空間站至少進(jìn)行兩次變軌規(guī)避太空垃圾。

　　近年來，太空垃圾協(xié)調(diào)委員會推出了多個旨在管控太空垃圾的國際準(zhǔn)則，例如衛(wèi)星失效前需排放燃料，消除爆炸隱患甚至自動離軌進(jìn)入大氣層銷毀。但微小衛(wèi)星幾乎無法進(jìn)行軌道控制，因此已有準(zhǔn)則并不適應(yīng)微小衛(wèi)星的技術(shù)情況，其帶來的安全隱患暫時無法可依。

　　業(yè)內(nèi)專家建議，微小衛(wèi)星最好攜帶電推進(jìn)等動力模塊，以便在其服役壽命結(jié)束之時操控離軌。不具備離軌能力的微小衛(wèi)星也盡量將軌道高度限制在400千米以下，研究發(fā)現(xiàn)，如果衛(wèi)星軌道高度低于400千米，在稀薄大氣的阻力作用下，一年內(nèi)衛(wèi)星就將進(jìn)入大氣層燒毀。如果軌道高度高于400千米，廢棄的衛(wèi)星在軌時間會大幅延長。國家政府部門也應(yīng)聯(lián)合推出相應(yīng)的條約或法規(guī)，規(guī)范市場，共同維護(hù)太空安全。