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发挥高校综合优势探索小卫星研制新路

作者:强曹章

  2004年4月18日23时59分,由我校牵头,联合航天科技集团所属中国空间技术研究院、中国科学院长春光机所、西安测绘研究所共同研制的“试验卫星一号”在西昌发射基地由“长征二号丙”运载火箭成功发射升空,卫星运行正常并已开始了在太空的试验任务。这颗卫星的发射成功和正常运行,标志着我国由高校为主研制的高性能小卫星已步入实际应用阶段,这将有力推进我国微小卫星事业的发展,将激励更多高校的科技力量投身于祖国的航天事业。

“试验卫星一号”整装待发

  “试验卫星一号”是一颗用于地理环境监测和科学实验的试验卫星,卫星研制采用了全新的运行机制和管理模式,采用了一体化设计与研制技术,突出新技术探索和演示。重点演示的技术有:面向有效载荷的柔性化平台技术;三线阵CCD测量技术;卫星自主管理和控制技术;基于磁控和反作用飞轮控制的姿态捕获技术;卫星大角度姿态机动控制技术及高精度高稳定卫星姿态控制技术等。卫星总体技术指标先进,功能密度高,总体性能已达到国际先进水平,卫星的成功运行,大大缩短了我们与国外先进国家的差距。
  通过小卫星研制和成功发射及正确运行,我们有如下认识和体会:
  一、小卫星是当今航天技术发展的热点,高校已成为研制小卫星的重要力量
  首先,小卫星是航天高技术发展的必然产物,它是在新的国际市场及空间竞争的需求牵引下,在高新技术发展的推动下,采用新的设计概念和科学组织管理模式发展起来的。其突出的优点是体积小、重量轻、成本低、周期短、性能高,并能利用多种发射方式快速灵活发射。由于采用了一体化、集成化、模块化等新的设计技术,应用微电子、微机械、微传感器、新材料、新工艺、新能源等高新技术,使小卫星的“功能密度”显著提高,形成了“快、好、省”的技术特色,从而克服了大卫星研制周期长、费用高、风险大、技术更新慢等缺点。小卫星已成为大卫星的必要补充,在通信、遥感、气象、对地观察、科学研究、技术演示、行星探测、教育培训等许多领域显示出独特的优势。
  第二,小卫星是高新技术集成的产物,它的兴起、发展和技术进步一直是在大学的重要参与下进行的。小卫星之所以首先在大学发展起来是符合客观发展规律的。大学活跃的学术思想、探索精神,突破了大卫星的传统观念和管理模式,使小卫星研制以一种全新概念形式出现。许多新概念、新原理、新思想的小卫星均源于高校。其次,大学是高新技术的重要发源地,具有掌握科技前沿技术、把握其发展和应用方向的能力,已成为现代小卫星诸多高技术发展的重要源泉。
  第三,大学具有多学科综合优势。大学学科门类齐全,学术水平高,有很强的科研能力。而现代小卫星是高新技术的集成,需要发挥多学科的综合优势。多学科的交叉与融合已成为完成现代工程项目的最重要保障。大学易于组织多学科的综合工程研制组,在小卫星的研制过程中,这种模式发挥了巨大作用。
  第四,大学具有人才的优势。高水平的教师队伍、数量众多的研究生队伍,是研制小卫星的生力军,同时在研制过程中亦为航天事业培养了大批优秀后备军。
  基于上述各点,大学研制小卫星进一步体现了成本低、周期短、科学价值高、人才培养效益大的特点,受到了各级政府和高等学校的重视。大学已成为各国研制小卫星的主力军。美、英、俄与欧共体等国家研究的先进小卫星,大多都是首先在大学研制成功的。
  二、发展小卫星是我国国防建设和国民经济发展的需要,高等学校应为发展小卫星事业做出应有的贡献
  小卫星在我国国防建设和国民经济建设中有广阔的市场和紧迫的需求。在军事应用方面,军事通信、军事侦察、军事测绘、军事气象、导航定位等都急需应用小卫星及其组成星座。在海湾战争、伊拉克战争等现代战争中,美国就应用了几十颗小卫星为战场和作战服务。在国民经济建设中,小卫星在卫星通信与移动通信、环境与灾害监测、资源勘探、大地测绘、气象预报、导航定位以及空间科学实验、深空探测等领域都有宽广的应用急需。
  多年来,在党和政府的关注下,我国的航天事业有了突飞猛进的变化,但是能提供国防建设和国民经济应用的卫星,不仅数量少,而且水平还不高,远远不能满足国家的需要。因此,我们必须急起直追,抓住发展小卫星的机遇,动员更多的科技力量,走跨越式发展的道路,加速我国小卫星事业的发展。
  哈尔滨工业大学于1995年着手小卫星的研制工作。在“211工程”建设项目的支持下,建立了“小卫星设计、分析与仿真验证一体化系统”,组成了跨学科的科研队伍,在承担国家下达的“试验卫星一号”任务后,围绕总体、结构、星务管理、姿控、测控、热控、电源、有效载荷多个分系统开展了紧张的设计、研制工作。在兄弟单位的密切配合下,出色地完成了各阶段任务。这次“试验卫星一号”的成功发射和正常运行,为我们开发更多类型的小卫星打下了坚实基础。我们一定要加倍努力,自主创新研制更多、更好的小卫星,满足国防和国民经济建设的需要。

紧张调试

  三、发扬航天精神,坚持两个联合,是我们成功研制小卫星的保障
  小卫星是高技术的集成,不可控的空间环境,要求小卫星的研制不仅要有高超的技术水平,而且要有严密的技术规范,才能确保小卫星在太空运行万无一失。
  然而我国当前的工业基础和技术水平,无论是总体技术,还是元器件水平,都给研制高水平的小卫星带来极大的困难。许多设计理论和关键技术有待攻关,高精度的控制器、传感器急需研制,大容量的通信器件、高分辨率的探测器及高性能的计算机软、硬件需要开发,一些关键元器件还得依赖进口。
  但是根据我们研制“试验卫星一号”的体会,只要我们发扬“自力更生、艰苦奋斗、大力协同、无私奉献、严谨务实、勇于攀登”的航天精神,搞好校内优势学科的精心组合和国内优势单位的大联合,我们就能够克服重重困难,成功地研制出高水平的小卫星。在我们承担国家下达“试验卫星一号”研制任务后,我们根据卫星7大分系统的要求,精心组织了校内总体结构、自动控制、计算机软硬件、通信、测量、精加工、新材料、新能源、工程力学、微电子等学科的教师和科研人员,组成了统一建制学科交叉融合的研究队伍,几年如一日地艰苦奋斗、共同攻关。同时我们联合国内优势单位:航天科技集团所属空间技术研究院、中科院长光所、西安测绘所等单位共同承担小卫星分系统的研制任务。中国空间技术研究院各所不但为小卫星研制提供了大量经过飞行考验的元部件,而且派出了大量经验丰富的技术人员,参加小卫星的总装、总测和大型试验。正是由于各兄弟单位的通力合作,保证了研制任务按计划完成。
  实践证明,发扬航天精神,搞好两个联合,认真汲取国内外的先进经验和技术,我们可以走跨越式发展道路,研制出具有中国特色的高水平小卫星。
  四、小卫星的研制,有力地促进了学校的学科建设,提高了学校科研水平和人才培养质量
  伴随“试验卫星一号”的研制成功,人们不禁要问,小卫星的研制给学校的发展带来了什么变化?我们的体会是:它有力地促进了学校学科的建设和发展,提高了学校的研究水平和人才培养质量。由于小卫星技术是多学科交叉融合集成的产物,调动了我校众多学科的教师积极参与。随着科研平台的搭建,仪器设备的更新和环境条件的改善,特别是前沿课题的不断涌现,使相关学科的科研和学术方向更加明确,科研水平不断提高。通过小卫星的研制,不仅使我校航天学院学科更具鲜明的航天特色,而且使计算机、自动控制、通信工程、精密加工、新材料等学科的研究水平不断提升。特别可贵的是,通过小卫星的研制,锻炼了一支作风过硬、业务素质好、基础扎实、能协同作战的科研队伍,他们已成为各学科科研的中坚和骨干。同时由于大量研究生的参与研制,使他们在实践中得到锻炼,有力地提高了人才培养的质量。学校开展科学研究的最终目的是提高学校的学术水平和培养人才的质量,而小卫星的研制不仅出了高水平成果,为国民经济和国防建设服务,而且有力地提升了学校的学术水平和人才培养质量。
  小卫星崛起和“试验卫星一号”的研制成功启示我们:只要充分发挥高校的综合优势,就一定能占领高科技发展的前沿。高校不仅应该是基础研究、战略性大科学的研究基地,而且应该是承担国家重大科技问题和创新工程项目的研究基地,是高新技术开发和知识创新的源泉。