发展航天事业 不断探索创新---记“航天清华一号”微小卫星的创新实践

 

清华大学精密仪器与机械学系教授  尤  政

清华大学科学技术处副研究员      张海戈

 

    2000年6月28日，“航天清华一号”微小卫星顺利升空，这标志着清华大学开展航天领域科研工作踏上了新的征程。

 

 

    航天科技是一个国家高科技水平和综合实力的最重要标志之一。卫星技术是人类探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术，是20世纪科学技术的重大成就之一。微小卫星(10～100公斤重)具有研制成本低、研制周期短、新技术含量高、密集度大，能够实现大卫星的某些功能，甚至还能实现大卫星所不具有的某些功能，微小卫星十分适合大学进行研究。

 

    我国在微小卫星研究方面尚处于起步阶段，微小卫星的数量、种类以及性能与发达国家存在明显的差距。微小卫星由于采用了崭新的设计思路和管理模式以及流水线化的制造和生产方式，已成为最活跃、最富于挑战性和具有广阔商业前景的空间技术领域，也是21世纪卫星技术发展的重要趋势。它正在逐步替代传统大卫星的一些空间任务，使卫星用户从单一的国家对象变为国家、部门、单位及个人组成的多维对象体系，为天网--地网合一的立体化的信息高速公路提供了技术支持，为21世纪的通讯、航天、环境与资源等领域喻示了可持续发展的新构架。微小卫星的发展，可以说是航天技术和空间技术领域的一场划时代的革命。

 

    清华大学具有理工文结合、多学科交叉的综合优势，在航空航天科学方面具有坚实的基础。早在五、六十年代，为了配合我国“两弹一星”的研制，清华大学便以发展航天技术为主要目标建立了工程力学系、自动控制系等教学科研机构，承担了国家部分航天科学研究和人才培养的任务，为我国“两弹一星”事业做出了应有的贡献。清华大学十几个院系和大多数的国家重点实验室及部门开放实验室的研究工作与微小卫星科研项目有关，在微小卫星的单元技术上，如通信与遥感技术、航天器动力学及轨道控制、微纳米技术、陀螺技术、制导技术、微电子技术、精密仪器设计与制造技术、微机械技术、推进器的流体动力学、智能机器人、微传热与控制、结构动力学、自动化技术等方面取得了不少重要科研成果或正在进行前沿研究。

 

    1998年9月16日，清华大学成立了宇航技术研究中心，集中了学校在电子、精仪、自控、力学、材料、热能和机械等多个学科的优势力量，并抽调精仪系、电子系、力学系、机械系等部分青年骨干教师，组成了我校第一批微小卫星课题研制小组，并赴英国Surrey大学进行联合攻关，力争通过微小卫星的研制，全面提高学校在航天科技研究与开发方面的整体实力和参与国际空间技术前沿的竞争能力。

 

    一年多来，在学校领导关心下，在全校各单位支持下，在全体队员共同努力下，队员们克服了重重困难，有的队员孩子尚未满月，有的孩子才1岁左右，但他们为了中国航天事业的发展，为了学校科研、学科发展，放弃了天伦之乐，毅然服从组织分配，奔赴英国Surrey大学，全身心地投入工作中。他们克服了饮食方面的困难，自己动手做饭；他们每天步行1小时左右去上班；为了工作, 常常加班到深夜。辛勤的汗水,终于换来了丰硕的成果。他们为清华人在微小卫星研制的里程碑上深深地刻下了闪光的金字?D?D“航天清华一号”。目前，“航天清华一号”一切性能正常，完全达到了设计要求，正源源不断地向地面站发回各种遥感信息。清华人正努力开拓航天技术应用市场，向着加强技术创新、发展高科技、实现产业化的高峰不断攀登。

 

 

      江总书记多次强调指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”“航天清华一号”微小卫星由立项到发射升空的日日夜夜，是我国参与微小卫星研制的全体科技工作者在总书记创新精神的激励下，由观念创新、技术创新到组织创新的全方位的创新实践，是科技工作者创新精神的一次大检阅。

 

 

    一切创新行为是以观念的创新为先导的，观念创新的过程是一个带有自省性质的自我超越的过程，既要超越传统的思维方式和模式，又要超越业已形成的利益格局和习惯做法。观念创新是“航天清华一号”微小卫星诞生的先决条件。清华大学首先将目光投向了微小卫星这个“高、精、尖”领域，率先认识到，进入九十年代以后，由于微小卫星技术的出现，航空航天领域已由过去单向的“军转民”技术转移行为演变为“军转民”+“民转军”复合模式下的双向“军民共用”技术转移行为。高等院校参与航天科学研究，在为国民经济建设、国防科技的发展、航天人才培养作出积极贡献的同时，也可极大地带动和促进学校相关学科的发展。正如清华大学校长王大中院士所讲，六十年代清华大学通过核反应堆的研制带动了相关学科和科研队伍的发展；今天，微小卫星的研制也一定会对清华建设世界一流大学起到积极的推动作用。这不仅是清华人迈出进行微小卫星研制的第一步，也是清华大学实现多学科交叉紧密集成的重要一步。

 

 

    科技跨越的实质是科技创新积累到一定程度而发生的质变。尽管发达国家已经具备一些高技术优势，但这并不一定是绝对的和一成不变的，发展中国家完全有可能在技术变迁中，通过自主创新或合作创新，实现后来居上和跨越发展，与发达国家站在同一起跑线上。清华大学利用后发优势，通过国际合作的机制创新，遵循“学习、消化、吸收、创新”的技术发展途径，实现了技术跨越。

 

    几十年来，清华大学积累了研制微小卫星的众多基础技术和单项技术，但缺乏有形、有效的技术集成和成功经验。清华大学通过与中国航天机电集团公司、英国surrey大学的合作，集成各方优势，组成满足微小卫星研制、开发、发射以及市场化应用的组织体系。在国际合作联合攻关中，清华大学的研究人员在很短的时间内就掌握了微小卫星的技术集成与轨道运行能力。因此，国际科技合作机制的创新，是“航天清华一号”实现技术跨越的根本保证，它不仅极大地降低了项目的技术开发风险和进入成本，而且加速了微小卫星的研制开发周期，使我们仅用1年左右的时间就完成了常规下若干年才能完成的跨越，一跃成为国际上为数不多的成功开展微小卫星研制工作的国家之一。

 

 

    在学习、吸收先进技术基础上进行自主创新，最终获得关键技术的突破，具备核心能力和独有的技术优势，是一种主动和革命性的创新行为。清华大学、中国航天机电集团公司、英国surrey大学之间的合作，不仅仅是“珍珠换玛瑙”式的“双赢”、“互补”行为，更为重要的是，这是清华大学科技工作者在合作基础上，充分发挥学校人才、多学科交叉、重点实验室等综合优势，发挥主观能动性，通过自主创新，实现新技术突破的一种“螺旋式”上升过程。“航天清华一号”不仅吸收了中国航天机电集团公司和英国surrey大学的一些成熟的实用技术，并在此基础上实现了新的创新，使微小卫星的性能和许多技术指标具备了国际先进水平。例如，在清华大学科研人员的努力下，“航天清华一号”不仅在有效载荷方面比同类微小卫星有明显改进，而且在卫星平台上采用了三轴稳定控制，这是目前国际上成功运行的为数不多的三轴稳定微小卫星之一。此外，“航天清华一号”还采用了40米分辨率宽视场寻的技术，可用于环境、资源和灾害检测等多种遥感应用并提高了卫星时间分辨率；该卫星还采用了入轨后再上载软件技术，解决了高能粒子对芯片辐射而导致的程序突变，从而可以随时通过上载新软件改变卫星的任务并进行“软件无线电”试验。所有这些自主创新，使得“航天清华一号”微小卫星在性能上具备了国际先进水平，在市场应用上具备了明显的竞争优势，为今后微小卫星的发展奠定了良好的基础。清华大学的这些自主创新，赢得了英国合作伙伴的信赖和尊重。“航天清华一号”微小卫星合作完成以后，英国Surrey大学主动提出开展新的合作，拟委托清华大学为他们正在研制的卫星开发新的软件平台和一些关键技术，将双方的合作进一步引向深入。国内有关部委也已委托清华大学在微小卫星的基础上，继续研制开发体积更小、性能更加先进的纳型卫星。

 

    开展“航天清华一号”微小卫星高技术的研究工作是面向21世纪科技、促进学科发展、有利人才培养的创新探索。面对21世纪科技飞速发展、新的挑战，清华大学将在科技前沿、高技术领域进行不断的探索与创新，为我国人才培养、科技发展、经济建设做出更大贡献。