漲知識丨天舟一號成功釋放立方星：10厘米小身材卻有大智慧

微信公眾號“國資小新”

2017-08-02 16:43

昨天（8月1日）有個大新聞，或許你沒注意到——

8月1日15時03分，天舟一號貨運(yùn)飛船成功在軌釋放一顆立方星，隨即地面成功捕獲立方星。

本次試驗(yàn)是我國首次通過飛船系統(tǒng)采用在軌儲存方式釋放立方星，完成了非火工品裝置的分離解鎖技術(shù)、部署發(fā)射器與立方星間接口匹配技術(shù)以及部署發(fā)射器制造的材料和工藝保證技術(shù)驗(yàn)證，為后續(xù)我國空間站開展微納衛(wèi)星部署發(fā)射及在軌服務(wù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

本次在軌釋放的立方星為標(biāo)準(zhǔn)3U結(jié)構(gòu)，安裝在立方星在軌部署發(fā)射器內(nèi)，于今年4月20日隨天舟一號貨運(yùn)飛船發(fā)射升空，已在軌儲存104天，該星的主要任務(wù)是開展相關(guān)航天新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。

沒看懂？沒關(guān)系，小新為您詳解，這件事牛在哪兒。

10厘米的立方星：小塊頭有大智慧

隨著微電子、微機(jī)械、納米等技術(shù)的發(fā)展和衛(wèi)星設(shè)計思想的創(chuàng)新，衛(wèi)星正變得越來越小。按重量劃分——

500至1000千克的為小型衛(wèi)星

100至500千克的叫微小衛(wèi)星

10至100千克的是微型衛(wèi)星

1至10千克的叫納衛(wèi)星

0.1至1千克的叫皮衛(wèi)星

重量小于0.1千克的叫飛衛(wèi)星

1999年，美國斯坦福大學(xué)教授湯姆·肯尼對皮衛(wèi)星提出了一種新概念——立方星，其重量為1千克，體積為10厘米×10厘米×10厘米（也叫1U）。由若干顆立方星（若干個U）可以組成立方體納衛(wèi)星。此后，這兩種小衛(wèi)星得到了飛速發(fā)展。隨著小衛(wèi)星技術(shù)的日新月異，小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)也逐漸成為世界航天活動高速發(fā)展的主要驅(qū)動力和重要發(fā)展領(lǐng)域，正孕育著未來航天發(fā)展的重大變革。

用途廣

立方星或立方體納衛(wèi)星可廣泛用于通信廣播、對地觀測、科技試驗(yàn)等各個領(lǐng)域。目前，世界上有多家研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)在專門研制、生產(chǎn)和供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的立方星。僅幾年時間，立方星就已從創(chuàng)新概念、系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、飛行實(shí)驗(yàn)發(fā)展到具體空間應(yīng)用，發(fā)射數(shù)量也快速攀升。不少國家通過立方星圓了“航天夢”。2013年，厄瓜多爾和秘魯成功發(fā)射自主研制的立方體納衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了本國首顆衛(wèi)星的突破。

成本低

立方星技術(shù)的迅猛發(fā)展和發(fā)射方式增多，與其低成本密不可分。與建造成本動輒上億美元的傳統(tǒng)大衛(wèi)星相比，立方星的成本可謂滄海一粟。目前，“一箭多星”發(fā)射已成為立方星發(fā)射的主流方式。今年，印度創(chuàng)造了“1箭104星”的世界紀(jì)錄，其中大多數(shù)是立方星或立方體納衛(wèi)星。此種發(fā)射方式大大提高了發(fā)射利用率，降低了單星發(fā)射成本和進(jìn)入太空的門檻，活躍了商業(yè)發(fā)射市場。

另外，立方星還可通過國際空間站機(jī)械臂附加的小衛(wèi)星釋放裝置到太空。從國際空間站上釋放的立方星振動更小，有助于降低設(shè)計難度和生產(chǎn)成本，并可充分利用有人參與的優(yōu)勢，在站上進(jìn)行測試和一定程度的維修，甚至根據(jù)需求進(jìn)行組裝。

好操控

在立方星基礎(chǔ)上還出現(xiàn)了手機(jī)衛(wèi)星。所謂手機(jī)衛(wèi)星就是以立方星為衛(wèi)星平臺，用智能手機(jī)進(jìn)行控制的新型衛(wèi)星。2013年2月，英國薩瑞衛(wèi)星公司研制的全球第一顆智能手機(jī)衛(wèi)星升空。它是一個3U的立方體納衛(wèi)星，除了太陽能電池板和推進(jìn)系統(tǒng)外，它具有傳統(tǒng)衛(wèi)星的所有部件和功能，是全球第一個采用3D打印零件進(jìn)入太空的航天器。

背景資料：天舟一號

天舟一號貨運(yùn)飛船，由中國空間技術(shù)研究院（中國航天科技集團(tuán)五院）研制的一款貨運(yùn)飛船，也是中國首個貨運(yùn)飛船。天舟一號的成功發(fā)射，將是我國載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略計劃“第二步”的收官之作。

作為貨運(yùn)飛船，天舟一號的首要任務(wù)就是運(yùn)輸航天員所需的生活工作必需品，以及空間站所需的推進(jìn)劑等。天舟一號在近地軌道上的運(yùn)載能力為6.5噸左右，高于俄羅斯聯(lián)邦航天局研制的進(jìn)步號M型（2.5噸）以及日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的H-II運(yùn)載飛船（6.0噸）。

但是，如果你認(rèn)為天舟一號僅僅是“太空貨物的搬運(yùn)工”那就大錯特錯了，天舟一號還有以下幾個非常重要的任務(wù)。

開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)

天舟一號上總共搭載了40臺設(shè)備，在獨(dú)自飛行的三個月內(nèi)，要進(jìn)行13項(xiàng)太空試驗(yàn)。空間應(yīng)用系統(tǒng)將在天舟一號上開展多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究及技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，其中——

“非牛頓引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”獲得的試驗(yàn)結(jié)果將為我國“衛(wèi)星重力測量”、“空間引力波探測”等空間計劃提供重要支撐；

“主動隔振關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”將為空間站高微重力實(shí)驗(yàn)平臺研制奠定技術(shù)基礎(chǔ)；

“兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”將在歐空局相關(guān)項(xiàng)目之前實(shí)施，有望使我國在此領(lǐng)域率先獲得科學(xué)成果和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突破；

“微重力對細(xì)胞增殖和分化影響研究”項(xiàng)目研究微重力等環(huán)境對干細(xì)胞增殖分化、生殖細(xì)胞分化及骨組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能的影響，成果有望應(yīng)用于心臟、肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康，以及預(yù)防和治療骨質(zhì)變化疾病等方面。

實(shí)現(xiàn)“太空加油”

天舟一號將與天宮二號將首次實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加。

“太空加油”看似簡單，卻是公認(rèn)的世界性難題，目前掌握了在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的國家僅有俄羅斯和美國，其中真正應(yīng)用在軌加注的國家只有俄羅斯。另外歐空局、日本等國家也在這個領(lǐng)域進(jìn)行著積極的探索，國際競爭非常激烈。

天舟一號作為我國全新設(shè)計的貨運(yùn)飛船，擁有兩個獨(dú)立設(shè)計的推進(jìn)劑儲箱，不僅為天宮二號攜帶一箱推進(jìn)劑，用于自身控制的推進(jìn)劑也可以進(jìn)行“轉(zhuǎn)讓”，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2噸。在飛行中將多次開展補(bǔ)加推進(jìn)劑試驗(yàn)，熟練掌握和控制該項(xiàng)技術(shù)，為我國空間站的建立提供能源支持。

快速交會對接

在天舟一號上天前，我國掌握的交會對接技術(shù)需要耗時長達(dá)兩天時間，天舟一號將首次使用自主交會對接技術(shù)，可以將以前的兩天時間縮短為6個小時，大大減少了過程中的資源消耗，比如軌道資源等。也會進(jìn)一步提高飛行器在軌飛行的可靠性以及航天員的舒適度，更大程度地保障未來空間站的安全。

值得一提的是，自主快速交會對接，需要超遠(yuǎn)程精確控制能力，比針尖對麥芒都困難。