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中學(xué)生“自制”小衛(wèi)星下半年將升空
2018-04-24 07:28:45 來源: 新京報(bào)
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  昨日,東高地青少年科技館,學(xué)生正在分組體驗(yàn)拆裝1:1衛(wèi)星模型,老師在一旁指導(dǎo)。新京報(bào)記者 王嘉寧 攝

  昨日,北京市東高地青少年科技館,學(xué)生在練習(xí)拆裝1:1衛(wèi)星模型。新京報(bào)記者 王嘉寧 攝

  造衛(wèi)星或許不如你想象的那么遙不可及。今年,由北京31名中學(xué)生參與研制的人造衛(wèi)星——“豐臺(tái)少年二號(hào)”將升上高空。記者從北京市豐臺(tái)區(qū)了解到,這是該區(qū)依托其航天資源優(yōu)勢(shì),開展的特色航天科普教育之一。目前,衛(wèi)星已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢,樣機(jī)將進(jìn)入到真空環(huán)境測(cè)試等環(huán)節(jié)。

  體積為6立方分米,金色的長(zhǎng)方體外殼,焊接著幾十塊深藍(lán)色的太陽(yáng)能電池板,探出一個(gè)黑色的攝像頭,兩根天線則像觸角一樣可以變換方向……昨日,豐臺(tái)區(qū)開展“中國(guó)航天日”主題活動(dòng),現(xiàn)場(chǎng),幾位來自豐臺(tái)十二中的中學(xué)生掀起“蓋頭”,揭開了“豐臺(tái)少年二號(hào)暨少年夢(mèng)想二號(hào)”衛(wèi)星模型的面紗。

  2016年,“豐臺(tái)少年二號(hào)”的“前輩”——“豐臺(tái)少年一號(hào)暨少年夢(mèng)想一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地搭載長(zhǎng)征十一號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空,這也是我國(guó)第一顆由中學(xué)生參與研制的科普衛(wèi)星。與一號(hào)相比,二號(hào)衛(wèi)星體積更大,功能也有所增加。

  豐臺(tái)區(qū)教委相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,該課題于2017年4月啟動(dòng),來自豐臺(tái)、海淀、東城的31名中學(xué)生參與研制,目前已完成了理論學(xué)習(xí)、衛(wèi)星設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的內(nèi)容。昨日展示的是根據(jù)前期方案制作的樣機(jī),之后將對(duì)其進(jìn)行模擬高空環(huán)境的一系列測(cè)試,檢驗(yàn)其工作效果,然后組裝真正用于發(fā)射的衛(wèi)星。今年下半年,該衛(wèi)星將擇機(jī)發(fā)射。

  制作 專家指導(dǎo)下學(xué)生全程參與設(shè)計(jì)

  一顆人造衛(wèi)星,由設(shè)計(jì)到組裝,都要經(jīng)過一系列復(fù)雜環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)全由學(xué)生“一手包辦”嗎?“豐臺(tái)少年二號(hào)”課題的總設(shè)計(jì)者龔萬驄介紹,人造衛(wèi)星的制作過程學(xué)生會(huì)全程參與,前期也對(duì)這些年齡不一的孩子進(jìn)行了一系列理論培訓(xùn),但是在超出其專業(yè)知識(shí)和動(dòng)手能力的范疇,會(huì)有專業(yè)老師進(jìn)行指導(dǎo)。

  據(jù)透露,從衛(wèi)星功能的設(shè)想開始,學(xué)生們的想法就貫穿其中,相比“豐臺(tái)少年一號(hào)”,學(xué)生們更希望衛(wèi)星具備更加實(shí)際的功能,比如可以讓他們直觀地看到外層空間的影像,因此,“豐臺(tái)少年二號(hào)”新增了遙感功能。后期的設(shè)計(jì)方案也由他們來選擇。模型材料出來后,學(xué)生們要進(jìn)行焊接、組裝,并對(duì)其進(jìn)行真空環(huán)境等一系列測(cè)試。將來,人造衛(wèi)星發(fā)射后,他們也將對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行追蹤、通過衛(wèi)星開展通信。

  不過,從構(gòu)想階段走向工程階段,如電路設(shè)計(jì)、自適應(yīng)系統(tǒng)、總體把關(guān)等方面,需要系統(tǒng)專業(yè)的知識(shí),遠(yuǎn)超出學(xué)生現(xiàn)有的水平,這就需要專家進(jìn)行指導(dǎo)。樣機(jī)通過測(cè)試后,要進(jìn)行真機(jī)的焊接與組裝,屆時(shí)將使用的航天材料的價(jià)格是現(xiàn)有材料的千倍,極為昂貴,此外其尺寸、安裝方式也會(huì)有所不同,需要非常精密的操作手法才能正確組裝焊接,因此也會(huì)由專業(yè)人士親自上手。不過,樣機(jī)與真機(jī)具有同樣的設(shè)計(jì)與功能,學(xué)生們會(huì)在樣機(jī)上完成所有操作。

  功能 “豐臺(tái)少年二號(hào)”屬科普小衛(wèi)星

  人造衛(wèi)星數(shù)量多、用途廣,往往承載著現(xiàn)實(shí)使命。龔萬驄介紹,通信、導(dǎo)航、遙感、科學(xué)實(shí)驗(yàn)是人造衛(wèi)星最常見的作用,氣象預(yù)報(bào)、廣播電視就離不開遙感衛(wèi)星與通信衛(wèi)星?!柏S臺(tái)少年二號(hào)”可以實(shí)現(xiàn)通信與遙感功能,升空之后,學(xué)生們可以在特定時(shí)間中向它發(fā)射或通過它接受信號(hào),也可以通過攝像頭拍攝照片,不過,“豐臺(tái)少年二號(hào)”仍然有別于普通的人造衛(wèi)星,屬于科普小衛(wèi)星,主要達(dá)到科普目的。

  “對(duì)功能的要求相對(duì)次要。”他坦承,“豐臺(tái)少年二號(hào)”是按照立方體衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和制造,以爭(zhēng)取更好的性價(jià)比,和耗資上億美元的通信衛(wèi)星、探索宇宙的哈勃衛(wèi)星等存在區(qū)別。

  成本 小衛(wèi)星“身價(jià)”目前已超600萬

  眾所周知,航空航天材料價(jià)格高昂,一顆能夠承受住太空環(huán)境的人造衛(wèi)星,成本究竟有多高?

  據(jù)了解,目前,豐臺(tái)區(qū)已為“豐臺(tái)少年二號(hào)”項(xiàng)目??钔度?40萬。為了更好地發(fā)揮其通信效果,豐臺(tái)區(qū)還特意新建了4個(gè)地面站,耗資400萬,也就是說,目前這顆小衛(wèi)星已經(jīng)“身價(jià)”超過600萬。

  如果按照正常的“市價(jià)”,成本還遠(yuǎn)不止如此。龔萬驄介紹,為了模擬真空環(huán)境,衛(wèi)星要經(jīng)過一系列測(cè)試,比如熱真空實(shí)驗(yàn)中,衛(wèi)星會(huì)被放入一個(gè)巨大的罐子中,抽成真空、注入液體氮?dú)?、加熱,這個(gè)測(cè)試會(huì)耗資幾十萬。同類大小的商業(yè)衛(wèi)星要飛入空中,需要搭載火箭,一公斤耗資為3萬-5萬美元,“豐臺(tái)少年二號(hào)”重約8公斤,這樣換算下來就是24萬-40萬美元。不過,由于豐臺(tái)區(qū)擁有豐富的航天資源,后期測(cè)試與發(fā)射的成本將大大降低。

  花幾百萬元讓中學(xué)生發(fā)射一顆不具備太多實(shí)用價(jià)值的衛(wèi)星是否值得?龔萬驄坦承,制作衛(wèi)星從時(shí)間、知識(shí)、經(jīng)濟(jì)成本來看,都有很高的門檻,不是所有的中學(xué)生都能全程參與其中。不過,他認(rèn)為,這個(gè)項(xiàng)目的意義在于可以輻射知識(shí)+實(shí)踐的理念,其他學(xué)??梢越Y(jié)合實(shí)際情況,從一部分環(huán)節(jié)來進(jìn)行科普教育。

  “比如衛(wèi)星通信的應(yīng)用,學(xué)校可以花一百來塊買天線、幾百塊買一個(gè)對(duì)講機(jī),小學(xué)生、初中生就能通過這些設(shè)備,接收到幾百公里外太空的真實(shí)信號(hào),天線的位置、不同的時(shí)間都會(huì)讓衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化,這是非常有吸引力的。”他說,在大城市中,也有不少教育群體有條件來制造衛(wèi)星,上海、浙江等省份已經(jīng)表現(xiàn)出興趣,希望借鑒“豐臺(tái)少年二號(hào)”的模式開展科普教育。(記者戴軒)

  揭秘

  人造衛(wèi)星是如何“誕生”的?

  “高大上”的人造衛(wèi)星,究竟是怎么造出來的?龔萬驄是無線電專業(yè)背景出身,曾在中科院空間中心工作,也是“豐臺(tái)少年二號(hào)”課題的總設(shè)計(jì)者,以“豐臺(tái)少年二號(hào)”為例,他向新京報(bào)記者揭秘了人造衛(wèi)星誕生的全過程。

  制造人造衛(wèi)星,首先從功能入手,厘清它要完成的任務(wù),然后再?gòu)墓こ探嵌葘?duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。人造衛(wèi)星的外形結(jié)構(gòu)(稱作“星體”)是需要首先設(shè)計(jì)的部分;之后,為了讓衛(wèi)星能夠在遠(yuǎn)離地球的地方運(yùn)作,需要確定其能源體系,設(shè)計(jì)供電系統(tǒng),大部分人造衛(wèi)星都會(huì)通過太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電的方式滿足其能源需求,要焊接多少電池板,需要分析衛(wèi)星的工作狀況。

  由于太空中與地球表面的環(huán)境不同,導(dǎo)熱方式也有所變化,相比地面的空氣對(duì)流,外層空間的導(dǎo)熱主要通過輻射與傳導(dǎo),而衛(wèi)星上的設(shè)備都有其正常運(yùn)行的溫度區(qū)間,因此還要考慮其溫控系統(tǒng)。此外,衛(wèi)星升空后還需要和地面保持聯(lián)系、履行指令,無線電要測(cè)遙控系統(tǒng)也需要另行設(shè)計(jì)。

  最后,根據(jù)衛(wèi)星所要實(shí)現(xiàn)的不同功能,要搭載相應(yīng)的功能設(shè)備,如攝像頭、轉(zhuǎn)發(fā)器等,這些被稱作“有效載荷”。具備了這些,一顆完整的衛(wèi)星就形成了。之后,用航天材料將其組裝起來,通過一系列測(cè)試檢驗(yàn)其工作狀態(tài),一切就緒后,人造衛(wèi)星就會(huì)“坐上”火箭,被送往外層空間。

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