“5、4、3、2、1,点火!”
2023年7月23日,随着长征二号丁运载火箭的成功发射,由银河航天研制的“灵犀03星”成功升空并顺利进入预定轨道。这是我国首款使用柔性太阳翼的平板式低轨通信卫星。此前,国内在太空中验证并使用柔性太阳翼的案例有且仅有中国空间站。
银河航天首发星
跟随“国家队”的脚步,为卫星安装“柔性翅膀”无疑是商业航天领域快速发展的一抹亮色,而坚持面向科技创新、面向未来布局、面向行业生态,也让银河航天迅速成长为我国商业航天领域第一家独角兽公司。
面向科技创新
加速低轨宽带通信卫星研制
拥有在研卫星数十颗,构建了国际领先水平的通信载荷、星载计算机、太阳翼等核心单机配套研制能力,建设了新一代卫星智能制造工厂……成立至今,银河航天取得了不俗的成绩。可在公司星座通信系统架构师林广荣看来,“灵犀03星”仍称得上是最重要的一次技术验证。
“灵犀03星”采用的柔性太阳翼具有可折叠、包络小、重量轻等优点。作为其组成部分的单层柔性太阳板厚度仅1毫米左右,能像古代的“奏折”一样层层折叠。在火箭整流罩中,柔性太阳翼处于折叠状态,主体厚度不到5厘米;进入预定轨道后,它便会拉伸展开,变成一个长度达9米,宽度超过2.5米,总面积约20平方米,发电面积超过18平方米的巨大能源板,为卫星提供超过4500瓦的功率。
通俗而言,它就像卫星自带的超大功率发电机,能让卫星实现更强算力的星上处理,对于功率需求大的航天器而言,可谓如虎添翼。
不仅能量更大了,“灵犀03星”的外形也实现了新突破。
银河航天灵犀03卫星
“‘灵犀03星’是平板堆叠式卫星,可实现层层堆叠式发射,不仅极大提高了火箭整流罩的有效利用空间,也降低了单颗卫星的发射成本。同时,其平板构型利于实现大规模低成本量产,还能搭载更多载荷,例如DTP,即星上数字透明处理。”林广荣介绍道。
然而,“灵犀03星”的研发过程却充满了诸多挑战。
比如,为实现柔性太阳翼太阳板“面对面、背对背”压制,抵抗发射段力学载荷,银河航天创新采用了太阳电池的压紧防护技术,设计使用两块刚性蜂窝板将柔性太阳板“夹紧”。此外,柔性太阳翼采用了直线展开机构来拉伸多个柔性太阳板,并加强控速防止展开冲击过大等。
同样经过硬核攻关的,还有公司自主研发的Q/V频段天线。
更高的Q/V频段作为毫米波频段中最适合开展卫星通信业务的频段,拥有的带宽更宽,但技术要求更高,并缺乏可借鉴的研制经验。
早在成立之初,公司的团队里便有两种声音:保守方案是,应该从已有技术积累的Ka/Ku通信载荷做起,这样风险更低;另一种大胆的设想则是,做频段更高的Q/V通信载荷,对标国际上低轨宽带卫星可以实现的更宽带宽。
最终,公司还是决定做Q/V载荷,因为可以预计的是,未来低轨频率资源需求必将持续增长,尽早布局高频段才有“换道超车”的可能。
为此,公司展开了技术攻关。
功夫不负有心人。2019年,银河航天推出了第一代Q/V天线,2020年1月16日,银河航天首发星成功发射,验证了其可靠性。到2023年,银河航天已经完成先进的第四代Q/V天线的研制和在轨验证,第四代Q/V天线重量降至3.2千克,且成本实现大幅下降。
面向未来布局
构建星地融合互联网络
在我们普遍依赖手机体验智能生活的今天,仍然有一些地面移动通信网络无法覆盖的场景,比如人迹罕至的荒漠、海洋深处、高山丛林、中高空域等……
如何实现随时随地的泛在连接,“卫星互联网”提供了新的可能性。
近年来,低轨卫星资源竞争日趋激烈,如何让低轨通信卫星实现更强大的功能,更具“智慧化”,加速卫星星座建设,成为商业航天领域卫星企业新的探索方向。银河航天也加紧了相关领域布局。
早在2022年3月5日,银河航天便成功发射了自主研制的我国首次批量生产的六颗低轨宽带通信卫星——银河航天02批卫星。该批卫星已在轨与银河航天首发星组成我国首个低轨宽带通信试验星座,构建星地融合5G试验网络“小蜘蛛网”。
“小蜘蛛网”已在空地海等多场景实现低轨应用示范。在陆地:完成云南电网低轨宽带应用示范。在空中:面向运营商应急通信需求,银河航天低轨通信能力结合中型无人机及地面网络,实现了基于空中高速机动平台的5G应急通信覆盖能力。在海上:银河航天在南海海域“电科一号”试验船上完成了我国首次低轨宽带海上应用验证。
新一代通信卫星
公司探索的脚步从未停止。据林广荣介绍,公司正在研制下一代通信卫星,能够实现与地面手机直连的宽带通信。新一代卫星是一种相控阵天线和太阳翼一体化的通信卫星,采用“翼阵合一”关键技术,在提高信号接收和发射增益的同时,让卫星在传输信号时功能更强。目前银河航天已完成“翼阵合一”卫星的二维展开关键技术攻关。通常来说,卫星的天线或太阳翼一般展开时只沿着一个方向(比如横向)展开,所谓的二维展开是指卫星的天线、太阳翼在横和纵两个方向都要进行有序展开,像能在太空完成变身的“变形金刚”。
“它的外形看起来像展开的飞毯,全部展开可形成一个超过100平方米的相控阵天线,实现卫星和手机直连的宽带通信。目前,公司已完成‘翼阵合一’卫星的二维展开关键技术攻关,并将继续开展翼阵一体化高效散热、分布式电源等关键技术攻关。”林广荣补充道。
面向行业生态
激发新质生产力创新活力
商业航天领域的快速发展,除核心技术攻关外,还需延链补链强链,不断构建更加完善的创新生态。在发展过程中,银河航天探索开放式供应链垂直整合,将航天产业与成熟的工业体系相融合,走出了一条“供应链牵引,产业链重构,开放产业生态”的发展路径。截至2023年底,银河航天的生态合作伙伴数量已超千家。
“商业航天对于社会的经济带动效益显著,不仅能激发上下游产业提质增效,也能对传统产业转型升级起到促进作用。”银河航天公共事务总经理徐颖表示,“以卫星单机谐波减速器的生产为例,过去谐波减速器费用高昂,但随着行业的逐渐发展与政策的逐步开放,我们探索与重庆大学某实验室合作。实验室是做工业配套谐波减速器的,在此基础上,通过联合攻关,生产出了能满足太空环境参数及技术要求的谐波减速器,并实现了不断迭代。整个过程中,我们实现了谐波减速器的成本降低,实验室的技术研发能力也得到了提升,从而有助于工业企业激发新动能。”
此外,随着商业航天的快速发展,也将催生更多配套产业,进一步激发经济发展新动能。
2023年4月12日,国务院总理李强在北京调研三家独角兽企业发展情况,银河航天作为航天领域代表名列其中。李强总理在调研银河航天时表示,卫星网络产业发展方兴未艾,要瞄准国际先进水平,支持相关企业加强关键技术和核心部件研发攻关,持续降低制造成本,加大应用推广力度,进一步拉长产业链条,推动相关产业协同发展。
“2022年,在北京市科委、中关村管委会的支持下,银河航天在北京以创新联合体的新机制,牵头成立了‘未来空天商业通信卫星技术创新中心’,联合核心科研机构、高校以及产业链上下游企业,加强航天产业关键核心技术攻关,助力产业生态构建。”徐颖介绍,“面向未来,公司也将持续抢抓太空新基建机遇,与各类高精尖产业共同推进综合创新体系建设,加速发展新质生产力,推动经济实现更高质量发展。”
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