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

(相關資料圖)

“籃球”“平板”花樣多

我們每天都在享受著無線電通信與互聯網服務，但隨著人們活動范圍擴大與各地區交流加強，傳統服務手段逐漸顯現出不足。成本和技術限制迫使高聳的基站信號塔無法覆蓋所有目標區，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，航天界規劃了宏大的天網計劃，希望依靠數量龐大的高性能衛星，搭建起對地球表面100%覆蓋并實時提供各類服務的衛星網絡體系，比如SpaceX公司的“星鏈”計劃部署42000顆衛星組網。也許到那時候，行李箱大小的客戶端服務器就可以為數萬平方公里的地區通信穩定提供保障，甚至某個網紅就能在珠峰上為粉絲們來一場流暢的視頻直播。

星鏈衛星部署示意圖

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

傳統的衛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計、投產、交付、集成總裝測試，需要耗費大量時間和成本。

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

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

據公開資料顯示，相關企業在衛星設計優化、新材料替代、零部件工序簡化、持續迭代的過程中，逐步降低了制造成本，提高了生產效率，已達到年產約百顆的水平，未來有望做到年產數百顆。

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

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

可以想見，在不久的將來，長征火箭的載荷艙內層層堆疊著幾十塊甚至上百塊酷似平板電腦的新一代衛星。它們將組成中國衛星快速反應部隊，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網大業。

“巨鯨”“大炮”來助陣

在衛星實現了小型化與集成化之后，發射部署方式也有必要嘗試創新，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：降低發射成本，大量快速部署衛星。

首先有超級飛艇發射方案。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星，飛上數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，飛艇將大量衛星提升至臨近空間，有望顯著節約發射成本，且在水平面上可以行動自如，靈活掌握發射時機，順帶提供觀光服務。

試想，深藍色“巨鯨”在數萬米高空上游弋，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，又可為發射衛星存儲能量。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，一顆顆衛星已飛向了太空中的坐標位置。

其次有電磁炮發射方案。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星。隨著衛星越來越小型化、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，用電磁炮發射衛星的想法自然而然出現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，電磁炮及其配套設備體積巨大，很難安裝在飛機、艦艇和車輛上；第二，電磁炮發射炮彈的耗費太大，單枚炮彈的運作成本需要數萬美元。

不過，如果用電磁炮發射衛星，這些缺點似乎都可以忽略不計，甚至成了優點：一方面，電磁炮相關設備再多，在基地也足夠容納，而且占地面積比傳統火箭發射基地要小得多；另一方面，數萬美元的發射成本比起傳統火箭的制造成本和燃料費，更是九牛一毛。

當然，電磁炮發射衛星還面臨很多技術挑戰。比如，未來衛星小型化能做到什么程度？如果衛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？相信航天技術將來會給出令人欣喜的答案。但有一點令人好奇：那時候衛星“大炮”是單發還是連發？上萬顆衛星發射任務或許一周就有希望完成吧。

標簽： 制造成本 腦洞大開