隨著航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，衛(wèi)星服務(wù)范圍越來越廣、越來越深地融入我們的生活，以至于傳統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射效率越來越不能滿足航天規(guī)劃者和客戶的需求了。有哪些辦法可以更快地制造衛(wèi)星、部署衛(wèi)星？會不會出現(xiàn)腦洞大開的顛覆性未來方案？讓我們來看一看吧。

(相關(guān)資料圖)

“籃球”“平板”花樣多

我們每天都在享受著無線電通信與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，但隨著人們活動范圍擴大與各地區(qū)交流加強，傳統(tǒng)服務(wù)手段逐漸顯現(xiàn)出不足。成本和技術(shù)限制迫使高聳的基站信號塔無法覆蓋所有目標區(qū)，高速光纖也無法連通每家每戶。萬一“驢友”在深山老林里中斷手機信號，怎么辦？如果南極科考人員長期不能跟家人視頻聯(lián)系，會不會影響身心健康和工作效率？

為解決這些問題，航天界規(guī)劃了宏大的天網(wǎng)計劃，希望依靠數(shù)量龐大的高性能衛(wèi)星，搭建起對地球表面100%覆蓋并實時提供各類服務(wù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系，比如SpaceX公司的“星鏈”計劃部署42000顆衛(wèi)星組網(wǎng)。也許到那時候，行李箱大小的客戶端服務(wù)器就可以為數(shù)萬平方公里的地區(qū)通信穩(wěn)定提供保障，甚至某個網(wǎng)紅就能在珠峰上為粉絲們來一場流暢的視頻直播。

星鏈衛(wèi)星部署示意圖

在美好的憧憬背后，需要實實在在的物質(zhì)支撐，那就是數(shù)量巨大的在軌衛(wèi)星，而第一步需要攻克的是衛(wèi)星快速制造的難關(guān)。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星制造流程被形容為“孤島”，享受奢侈的“私人訂制”，從方案論證到詳細設(shè)計、投產(chǎn)、交付、集成總裝測試，需要耗費大量時間和成本。

未來，在保證衛(wèi)星性能“夠用”和易批量生產(chǎn)的前提下，小型化和集成化是衛(wèi)星制造技術(shù)的關(guān)鍵。在這方面，SpaceX公司的技術(shù)暫時處于領(lǐng)先地位，“星鏈”專項發(fā)射已經(jīng)穩(wěn)定在“一箭60星”左右。馬斯克甚至披露，新一代衛(wèi)星的體積只有標準籃球的大小。宣傳視頻展示了未來“星艦”大規(guī)模發(fā)射“星鏈”二代衛(wèi)星的壯觀場面，衛(wèi)星密集排列成盤，一盤盤被火箭“吐”出，可見衛(wèi)星被壓縮得有多小。

中國航天單位在衛(wèi)星小型化、集成化方面也在不斷努力，因為這不僅蘊含著巨大的商業(yè)利益，還涉及國家安全競爭。最近，我國新一代可堆疊平板衛(wèi)星已進入正樣預(yù)研階段。

據(jù)公開資料顯示，相關(guān)企業(yè)在衛(wèi)星設(shè)計優(yōu)化、新材料替代、零部件工序簡化、持續(xù)迭代的過程中，逐步降低了制造成本，提高了生產(chǎn)效率，已達到年產(chǎn)約百顆的水平，未來有望做到年產(chǎn)數(shù)百顆。

具體來說，由于成功使用了3D打印技術(shù)，科研人員改進了高頻微距波導(dǎo)、高性能天線等載荷加工工藝，將載荷空間壓縮到傳統(tǒng)占用空間的1/3，還提升了綜合指標，如部分單機及系統(tǒng)的性能。

而中國新一代衛(wèi)星的外形也出乎很多人的預(yù)料。它與我們常見的方盒子或大圓球不同，呈現(xiàn)出扁平狀，其表面密集地排列著小型設(shè)備和線束。而與它搭配的超薄太陽翼則是12折“推拉門”結(jié)構(gòu)，由多塊太陽能板連綴而成，折疊壓緊后，厚度據(jù)說只有幾厘米。

可以想見，在不久的將來，長征火箭的載荷艙內(nèi)層層堆疊著幾十塊甚至上百塊酷似平板電腦的新一代衛(wèi)星。它們將組成中國衛(wèi)星快速反應(yīng)部隊，集群沖向太空上崗，“獻身”于地球全方位實時通信與太空互聯(lián)網(wǎng)大業(yè)。

“巨鯨”“大炮”來助陣

在衛(wèi)星實現(xiàn)了小型化與集成化之后，發(fā)射部署方式也有必要嘗試創(chuàng)新，一些航天科研人員與愛好者腦洞大開，想出了很多別出心裁的新點子。而他們的目標一致：降低發(fā)射成本，大量快速部署衛(wèi)星。

首先有超級飛艇發(fā)射方案。與熱氣球的原理類似，飛艇升高無需自身消耗能量，而是利用大氣層無處不在的空氣浮力。只要飛艇的體積足夠大，那么載重能力也會大得驚人，足以放置上千顆微型衛(wèi)星，飛上數(shù)萬米高的平流層也很有希望。

這個方案最大的魅力是利用空氣的升力，飛艇將大量衛(wèi)星提升至臨近空間，有望顯著節(jié)約發(fā)射成本，且在水平面上可以行動自如，靈活掌握發(fā)射時機，順帶提供觀光服務(wù)。

試想，深藍色“巨鯨”在數(shù)萬米高空上游弋，紡錘形表面其實是碩大的太陽能面板，既能為飛艇提供動力，又可為發(fā)射衛(wèi)星存儲能量。直到某一時刻，“巨鯨”周圍閃爍起五光十色的煙火，在魔幻般的光暈中，一顆顆衛(wèi)星已飛向了太空中的坐標位置。

其次有電磁炮發(fā)射方案。電磁炮是利用電磁場的安培力對炮彈進行加速的“大炮”。20世紀70年代，西方國家進行了電磁炮初期實驗，成功地將2克物體加速到11000米/秒。這已超過了第一宇宙速度，換句話說，如果不考慮空氣阻力，這個2克的小家伙有希望成為地球的迷你衛(wèi)星。隨著衛(wèi)星越來越小型化、輕量化，一些國家又測試了擁有更大功率和能量的超級電磁炮，用電磁炮發(fā)射衛(wèi)星的想法自然而然出現(xiàn)在航天科研人員的腦海中。

美國研制的電磁炮

各國對電磁炮研究多年，卻遲遲未能實用化列裝部隊，主要原因有二：第一，電磁炮及其配套設(shè)備體積巨大，很難安裝在飛機、艦艇和車輛上；第二，電磁炮發(fā)射炮彈的耗費太大，單枚炮彈的運作成本需要數(shù)萬美元。

不過，如果用電磁炮發(fā)射衛(wèi)星，這些缺點似乎都可以忽略不計，甚至成了優(yōu)點：一方面，電磁炮相關(guān)設(shè)備再多，在基地也足夠容納，而且占地面積比傳統(tǒng)火箭發(fā)射基地要小得多；另一方面，數(shù)萬美元的發(fā)射成本比起傳統(tǒng)火箭的制造成本和燃料費，更是九牛一毛。

當然，電磁炮發(fā)射衛(wèi)星還面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)。比如，未來衛(wèi)星小型化能做到什么程度？如果衛(wèi)星能壓縮到蘋果大小，電磁炮的能耗壓力肯定會減輕很多。另外，衛(wèi)星能否在巨大的加速度過載下、強烈的電磁場中安然無恙？相信航天技術(shù)將來會給出令人欣喜的答案。但有一點令人好奇：那時候衛(wèi)星“大炮”是單發(fā)還是連發(fā)？上萬顆衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)或許一周就有希望完成吧。

標簽： 制造成本 腦洞大開