本文转自：人民日报
人民日报中央厨房-大江东工作室 黄晓慧
上天两年，44项技术得到验证，4项首次科学成果发布，仍有科研成果持续产出——这是我国首颗“众筹上天”卫星交出的亮丽成绩单。
何谓“众筹上天”？由中国科学院微小卫星创新研究院研制的卫星，搭载来自20余家科研机构、涉及近10个学科领域的16台载荷，飞上天做空间科学实验和技术验证。“好比一趟太空航班，十几家科研机构‘拼盘’一架包机，去往太空完成各自的科学探索。”中国科学院微小卫星创新研究院副院长张永合释疑。
眼下，这个被命名为“创新X”的系列卫星工程正紧锣密鼓地研制第二颗卫星，开展新一轮的空间科学实验。近年来，随着我国对空间领域基础研究、科技创新的加大投入，航天科技、空间科学快速发展，未来空间产业加速布局，这种“众筹”的科研模式也受到了科学界的广泛关注。大江东工作室近日走进“创新X”研制团队，叩问这一模式的创新之处。
空间新技术试验卫星研制团队。本文图片均由中国科学院微小卫星创新研究院提供
流程新，打破传统造“星”模式
“传统的卫星设计通常先由科学家提出科学目标，争取纳入专门的卫星项目，再研制载荷，搭载到卫星，由运载火箭送上天开展科学探测。而我们‘众筹’卫星的研制流程，恰好倒过来了。”中国科学院微小卫星创新研究院创新X卫星总设计师张晓峰说，流程的创新缘自他们曾经历的科研苦恼：从科学实验目标的提出到太空验证，需要经历漫长的过程。每年都有很多实验室的新技术新成果希望上天观测、验证，但最终能获得上天的机会屈指可数。
2020年，张永合团队在研制爱因斯坦探针卫星时，曾打算将其中一台宽视场X射线望远镜试验模块先送入太空，验证其技术的可行性，以便后续优化研发，却苦于找不到合适的搭载卫星。
“我们自己造卫星的尚且有这样的苦恼，更何况其他科研团队？”张永合说，我国大多采用专门科学目标的卫星研制模式，比如太阳探测卫星上搭载的载荷均与太阳研究相关。由中国科学院国家天文台、北京大学、同济大学组成的太阳观测科学团队，研发可探测50万摄氏度左右的太阳过渡区的46.5纳米极紫外太阳成像仪，这是国际上首次采用多层膜窄带滤光技术，具有极高的科学价值，但一直在等待太阳探测卫星才会有上天验证的机会。
何不反其道而行之？先找到一同搭航班的乘客，再去洽谈“包机”事宜，这样既能缩减流程，也有望降低成本。张永合团队的大胆设想，得到了中国科学院的鼎力支持。
2021年初，中国科学院“力箭一号”首飞工程立项，力学所空天飞行科技中心主任、“力箭一号”运载火箭总设计师杨毅强看到了“众筹”卫星与众不同，愿免费送这颗新星上天。在“经费自筹、风险共担、科学优先、过时不候”的遴选原则下，院方发文在院内征集此趟包机的“乘客”。一时间，上百份申请涌向张永合团队。经过一年多遴选，包括46.5纳米极紫外太阳成像仪在内的十几个新载荷，拿到了“众筹”卫星的“包机座位”。
“我们把这一新颖的‘凑’卫星模式命名为‘创新X’系列，寓意着创新无极限。”张永合说，这是我国的空间科学卫星，首次让天文、量子、遥感、在轨制造等不同领域的载荷“搭乘”同一颗卫星。
2022年1月9日，创新X卫星在进入真空罐前进行热控操作。
团队新，勇挑大梁迎接新挑战
如果将卫星比作马、载荷比作马鞍，那么“创新X”项目不同于以往的先有马再配鞍，而是马与鞍几乎同步研制。通常，一颗重量620公斤的科学卫星只搭载3台左右的载荷，而“创新X”首发星要搭载来自20余家单位的16台全新载荷，研制团队碰到了前所未有的挑战。如何捏指成拳、为“座舱”排好位次？张晓峰说，在一年的研制时间里，每个月都有十几场沟通会议，一项项搭载需求、一个个技术细节，就是在一轮轮往复中磨出来的。
全新的科研模式需要全新的团队，微小卫星创新研究院为“创新X”组建了一支由19名科研人员组成的全新团队，在发射场同步组建临时党支部，凝心聚力、刻苦攻关，完成各项工作任务。这个团队平均年龄30岁，一半以上没有航天型号研制的经验，三分之二是85后，8名主任设计师中有6人是首次担当。1993年出生的徐东晓入职微小卫星创新研究院两年，就勇挑大梁，出任“创新X”星务副主任设计师。
“团队的优点是闯劲足、创新能力强，缺点是经验不足。为此，我们采用双责任制，即由部门主任和年轻的主任设计师共同负责，有经验的师傅对技术状态、质量进行把关，年轻设计师主导项目推进。”张晓峰说。
徐东晓研发的部分是卫星的中枢神经，负责所有载荷的运行管理和数据传输。尽管前期沟通充分，明确了各载荷之间的通信接口协议，但进入实操后，仍出现了不少错误。在老师傅的指导下，徐晓东把各家的问题整理成册，让大家传阅，避免继续“踩坑”。如今徐东晓也成了老师傅，在另一个项目上带着新的科研人员。
管理上的革新带来了质量把控上的新问题，团队对研制中的每个质量问题都不放过，坚持“小题大做”。有一次，研制团队发现了一个低级错误——把一根电缆插错了。对待该问题，研制团队召开全员大会进行“检讨”，张晓峰严肃地对团队成员说，这些载荷是科学家在实验室里摸索了很久的心血，如果这颗卫星没做好，最伤心的将是信任我们、对空间科学实验寄予厚望的科学家。同时，对待那些航天经验欠缺的载荷研制团队，“创新X”研制团队在对待载荷质量问题时，把过去“谁的错谁负责改”调整为“谁方便谁来改”，及时更改相应的设计去适应载荷。
“质量可靠、严控成本、平台保成功”，是研制团队心里绷紧的一根弦。“对我们而言，这不仅是一项任务，更是一次创新的机会，因为这是众筹项目，各家单位科研经费十分有限，我们要竭尽所能争取效益最大化。钱学森老先生有一句名言在工程控制领域广为流传：‘只要自动控制做好了，即使元器件差一点，导弹也能打上天’。”张晓峰说，卫星如果选用精度0.001°/s以上的陀螺仪，这块的成本就会从几十万元增加到几百万元，权衡之下，团队决定选用精度0.003°/s的陀螺仪，并通过控制方法与系统设计，达到预期设计目标。
2022年春节前夕，火箭发射箭在弦上，研制团队必须赶在大年初一前，让“创新X”首颗卫星顺利完成热试验。团队倒排工期，在仅有的12天测试时间里，从总设计师到科研人员全员上阵，吃住在单位，卫星测试24小时连轴转，团队实行两班倒，直至除夕卫星顺利通过测试，用实际行动诠释了科研工作者的敬业与担当。
2022年4月，研制团队分为“接卫星”“送卫星”“运卫星”三批队伍，接力护送卫星到发射场。受当时疫情影响，发射过程中，原本30-40人的人员配置被缩减至7人，一个人要守住一块阵地。“创新X”研制团队坚守到了火箭成功升空的最后一刻，也因出色完成“创新X”首发星任务，成为获得2023年中国科学院“年度团队”称号的两个团队之一。
2022年3月18日，创新X卫星封舱前进行状态确认检查。
模式新，航班式“验证平台”激发创新热情
2022年7月27日，“力箭一号”运载火箭将“创新X”首发星成功送入500公里高度的预定轨道。此后半年，新技术得到验证、载荷获得新发现的好消息，不断传回地面：打破人类探测伽马射线暴的亮度纪录，在国际上首次获得宽视场X射线聚焦成像天图，获得我国首幅太阳过渡区图像，国产量子磁力仪首次空间应用并获得全球磁场勘测图……
丰硕的成果，显示了“众筹卫星”在科研范式上的创新价值。张永合认为，尽管每个载荷的目标任务不同、科学观测的对象和观测的时长不同，但只要合理规划，安排好位次和时序，都能在一颗卫星上找到合适的“座位”。随着实践经验不断积累，单个载荷的上天成本有望进一步降低，将更加顺应我国空间科学当下旺盛的科研需求。
“2000年左右，我国每年发射科学卫星约20颗，到2020年后，增加到60-80颗。随着我国空间科学的蓬勃发展，新的空间科学技术需要得到快速验证、迭代。放眼全世界，低成本、短周期的商业航空，正在颠覆、取代传统的航天模式，比如Space X的可回收火箭，星链计划已发射几千颗卫星。”创新X卫星总指挥陈雯说。
研制团队做了研发成本对比发现，以2016年发射的我国首颗全球二氧化碳监测实验卫星为例，卫星平台研发成本1.2亿元，载荷成本1.2亿元，而“创新X”首发星的卫星平台研发成本约3000万元、载荷成本约5000万元，大幅缩减。如果由30个研发团队平摊火箭、卫星平台、发射服务等费用，每个团队大约需支付300-400万元。
更显著的改变在于，“创新X”系列卫星不再走以往科学卫星为载荷量身定制的路线，研制团队对卫星平台进行了改造，有很好的适应性，也可根据载荷需要进行一些改造，即便临时调换载荷，也无需推倒重来。“创新X”让卫星变得更加通用，可以适应不同载荷的需求，为新型载荷、新技术产品提供一个开放式、宽适应、低成本的试验平台。
张永合介绍，微小卫星正按照50公斤、200公斤、600公斤三个系列进行研制，如果一颗卫星可以搭载20-30个载荷，每年有2-3个固定“航班”，提供比较确定可及的空间验证机会，科学家可以像申请大科学装置的机时一样申请太空试验的机会，创新热情将会被充分激发出来，这将大大激发我国空间科学的创造力。他建议，未来可以尝试将科学探测和商业验证“混搭”，即一颗卫星既搭载科学实验载荷，也搭载一些有商业应用价值的技术验证载荷，以此平抑成本，让众筹模式得以持续发展下去。
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