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    中学生“自制”小卫星下半年将升空
    2018-04-24 11:36:57 来源:新京报 
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    造卫星或许不如你想象的那么遥不可及。今年,由北京31名中学生参与研制的人造卫星——“丰台少年二号”将升上高空。记者从北京市丰台区了解到,这是该区依托其航天资源优势,开展的特色航天科普教育之一。目前,卫星已经设计完毕,样机将进入到真空环境测试等环节。

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    昨日,东高地青少年科技馆,学生正在分组体验拆装1:1卫星模型,老师在一旁指导。新京报记者 王嘉宁 摄

    31名中学生全程参与“丰台少年二号”样机设计,将进行真空环境测试;预计下半年完成组装发射

    造卫星或许不如你想象的那么遥不可及。今年,由北京31名中学生参与研制的人造卫星——“丰台少年二号”将升上高空。记者从北京市丰台区了解到,这是该区依托其航天资源优势,开展的特色航天科普教育之一。目前,卫星已经设计完毕,样机将进入到真空环境测试等环节。

    体积为6立方分米,金色的长方体外壳,焊接着几十块深蓝色的太阳能电池板,探出一个黑色的摄像头,两根天线则像触角一样可以变换方向……昨日,丰台区开展“中国航天日”主题活动,现场,几位来自丰台十二中的中学生掀起“盖头”,揭开了“丰台少年二号暨少年梦想二号”卫星模型的面纱。

    2016年,“丰台少年二号”的“前辈”——“丰台少年一号暨少年梦想一号”在酒泉卫星发射基地搭载长征十一号运载火箭发射升空,这也是我国第一颗由中学生参与研制的科普卫星。与一号相比,二号卫星体积更大,功能也有所增加。

    丰台区教委相关负责人介绍,该课题于2017年4月启动,来自丰台、海淀、东城的31名中学生参与研制,目前已完成了理论学习、卫星设计等环节的内容。昨日展示的是根据前期方案制作的样机,之后将对其进行模拟高空环境的一系列测试,检验其工作效果,然后组装真正用于发射的卫星。今年下半年,该卫星将择机发射。

    制作 专家指导下学生全程参与设计

    一颗人造卫星,由设计到组装,都要经过一系列复杂环节,这些环节全由学生“一手包办”吗?“丰台少年二号”课题的总设计者龚万骢介绍,人造卫星的制作过程学生会全程参与,前期也对这些年龄不一的孩子进行了一系列理论培训,但是在超出其专业知识和动手能力的范畴,会有专业老师进行指导。

    据透露,从卫星功能的设想开始,学生们的想法就贯穿其中,相比“丰台少年一号”,学生们更希望卫星具备更加实际的功能,比如可以让他们直观地看到外层空间的影像,因此,“丰台少年二号”新增了遥感功能。后期的设计方案也由他们来选择。模型材料出来后,学生们要进行焊接、组装,并对其进行真空环境等一系列测试。将来,人造卫星发射后,他们也将对卫星进行追踪、通过卫星开展通信。

    不过,从构想阶段走向工程阶段,如电路设计、自适应系统、总体把关等方面,需要系统专业的知识,远超出学生现有的水平,这就需要专家进行指导。样机通过测试后,要进行真机的焊接与组装,届时将使用的航天材料的价格是现有材料的千倍,极为昂贵,此外其尺寸、安装方式也会有所不同,需要非常精密的操作手法才能正确组装焊接,因此也会由专业人士亲自上手。不过,样机与真机具有同样的设计与功能,学生们会在样机上完成所有操作。

    功能 “丰台少年二号”属科普小卫星

    人造卫星数量多、用途广,往往承载着现实使命。龚万骢介绍,通信、导航、遥感、科学实验是人造卫星最常见的作用,气象预报、广播电视就离不开遥感卫星与通信卫星。“丰台少年二号”可以实现通信与遥感功能,升空之后,学生们可以在特定时间中向它发射或通过它接受信号,也可以通过摄像头拍摄照片,不过,“丰台少年二号”仍然有别于普通的人造卫星,属于科普小卫星,主要达到科普目的。

    “对功能的要求相对次要。”他坦承,“丰台少年二号”是按照立方体卫星的标准来设计和制造,以争取更好的性价比,和耗资上亿美元的通信卫星、探索宇宙的哈勃卫星等存在区别。

    造卫星或许不如你想象的那么遥不可及。今年,由北京31名中学生参与研制的人造卫星——“丰台少年二号”将升上高空。记者从北京市丰台区了解到,这是该区依托其航天资源优势,开展的特色航天科普教育之一。目前,卫星已经设计完毕,样机将进入到真空环境测试等环节。

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    昨日,北京市东高地青少年科技馆,学生在练习拆装1:1卫星模型。新京报记者 王嘉宁 摄

    成本 小卫星“身价”目前已超600万

    众所周知,航空航天材料价格高昂,一颗能够承受住太空环境的人造卫星,成本究竟有多高?

    据了解,目前,丰台区已为“丰台少年二号”项目专款投入240万。为了更好地发挥其通信效果,丰台区还特意新建了4个地面站,耗资400万,也就是说,目前这颗小卫星已经“身价”超过600万。

    如果按照正常的“市价”,成本还远不止如此。龚万骢介绍,为了模拟真空环境,卫星要经过一系列测试,比如热真空实验中,卫星会被放入一个巨大的罐子中,抽成真空、注入液体氮气、加热,这个测试会耗资几十万。同类大小的商业卫星要飞入空中,需要搭载火箭,一公斤耗资为3万-5万美元,“丰台少年二号”重约8公斤,这样换算下来就是24万-40万美元。不过,由于丰台区拥有丰富的航天资源,后期测试与发射的成本将大大降低。

    花几百万元让中学生发射一颗不具备太多实用价值的卫星是否值得?龚万骢坦承,制作卫星从时间、知识、经济成本来看,都有很高的门槛,不是所有的中学生都能全程参与其中。不过,他认为,这个项目的意义在于可以辐射知识+实践的理念,其他学校可以结合实际情况,从一部分环节来进行科普教育。

    “比如卫星通信的应用,学校可以花一百来块买天线、几百块买一个对讲机,小学生、初中生就能通过这些设备,接收到几百公里外太空的真实信号,天线的位置、不同的时间都会让卫星信号强度发生变化,这是非常有吸引力的。”他说,在大城市中,也有不少教育群体有条件来制造卫星,上海、浙江等省份已经表现出兴趣,希望借鉴“丰台少年二号”的模式开展科普教育。

    ■ 揭秘

    人造卫星是如何“诞生”的?

    “高大上”的人造卫星,究竟是怎么造出来的?龚万骢是无线电专业背景出身,曾在中科院空间中心工作,也是“丰台少年二号”课题的总设计者,以“丰台少年二号”为例,他向新京报记者揭秘了人造卫星诞生的全过程。

    制造人造卫星,首先从功能入手,厘清它要完成的任务,然后再从工程角度对其进行设计。人造卫星的外形结构(称作“星体”)是需要首先设计的部分;之后,为了让卫星能够在远离地球的地方运作,需要确定其能源体系,设计供电系统,大部分人造卫星都会通过太阳能电池板给蓄电池充电的方式满足其能源需求,要焊接多少电池板,需要分析卫星的工作状况。

    由于太空中与地球表面的环境不同,导热方式也有所变化,相比地面的空气对流,外层空间的导热主要通过辐射与传导,而卫星上的设备都有其正常运行的温度区间,因此还要考虑其温控系统。此外,卫星升空后还需要和地面保持联系、履行指令,无线电要测遥控系统也需要另行设计。

    最后,根据卫星所要实现的不同功能,要搭载相应的功能设备,如摄像头、转发器等,这些被称作“有效载荷”。具备了这些,一颗完整的卫星就形成了。之后,用航天材料将其组装起来,通过一系列测试检验其工作状态,一切就绪后,人造卫星就会“坐上”火箭,被送往外层空间。(记者 戴轩)

    责任编辑:张珊

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