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中学生的航天计划

时间:2016年12月30日 信息来源:南方都市报 点击: 【字体:

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八一学校师生代表在太原卫星发射中心现场观看了发射。

12月28日11时23分,太原卫星发射中心,我国首颗中学生科普小卫星——“八一·少年行”卫星顺利升空。新华社供图


中学生的航天计划

12月28日11时23分,太原卫星发射中心。我国首颗中学生参与研制的科普卫星“八一·少年行”,搭载长征二号丁运载火箭,顺利发射升空。这也标志着我国成为继美国、俄罗斯、法国、日本、印度之后,第6个发射由青少年参与研制卫星并顺利升空的国家。该卫星是我国首颗由航天专家指导、北京市八一学校40余名中学生全程参与研制并主导载荷设计的一颗低轨科普卫星。卫星入轨后,搭载的载荷将完成对地拍摄、无线电通信、对地传输音频和文件以及快速离轨试验。

科普小卫星 可拍摄雾霾台风

正样小卫星被命名为“八一·少年行”,它长约12厘米,宽约11厘米,高约27厘米,采用标准的2U立方体构型。什么是U?八一学校高二学生王晟赫解释道,立方星以“U”划分,1U指一个标准单元(体积10厘米 10厘米 10厘米,重约1公斤)。卫星上还存储着中华人民共和国国歌、八一学校建校70周年校歌等音频文件。接收到地面遥控的指令后,这些音频就可以下传、解码、播放。

卫星计划在轨运行期间,将进行对地拍摄、无线电通信、音频传输和快速离轨实验。小卫星工程的负责人之一、八一学校主管科技的副校长朱凯说,卫星升空后,可以从几百公里的高空中拍摄地球。学生们希望通过卫星上的相机,跟踪拍摄雾霾和台风等天气现象,从而进行气象观察数据的积累。八一学校还计划公布卫星拍摄的照片,让全国的学生都参与进来,猜测照片来自地球上的哪里。

值得注意的是,卫星完成使命、“寿终正寝”后,如果不及时回收,就会变成太空垃圾,占用有限的空间资源,对其他的空间设施造成威胁。为了避免这一状况的发生,学生们特别设计了快速离轨实验载荷。八一学校学生朱迅说,小卫星上天后,它的运行状态是可以被实时观测的。当确定它处于寿命末期时,就可以发送快速离轨实验的指令,使小卫星通过调整姿态增加迎风面积,实现尽快离轨。

还将建设一个天地一体化的中学卫星创客实验室

对中国航天科技集团所属航天科技国际交流中心和八一学校来说,“八一·少年行”的发射,并不意味着任务的结束。无线电通信载荷,可以让卫星化身为太空中的信号中转站。八一学校目前已初步建成地面接收站,同学们可以通过卫星进行双向的无线电中继通信。为了保证专业性,王晟赫等同学,于近日参加了“无线电操作a类资格考试”。“到时候我们都得持证上岗呢。”他笑着说。

“我们最初就明确,这是一个中学生科普卫星研制、应用及课程开发的工程。”中国航天科技集团所属航天科技国际交流中心研究员、科普小卫星工程总师张刚介绍,工程包括四项任务:开发一套适合中小学的卫星科学课程,研制并发射一颗由学生全程参与的立方星,建设一个天地一体化的中学卫星创客实验室,成立全国中小学卫星科技教育示范学校联盟。

目前,前两项任务基本完成,后两项任务仍需要继续推进。朱凯说,未来全国中小学卫星科技教育示范学校联盟的规模,预计在1000所左右。八一学校将借助小卫星平台,开展相关课程学习及卫星互动应用等科学实践活动。“一颗卫星发射成功,大家只是哇一下觉得很好,科学课程、实验室这些,其实是更宝贵的财富。”张刚说,希望全国的学校都能动员起来,结合各个学校自身的特色,把航天科普教育更深入地贯彻下去,为更多的学生提供参与机会。

揭秘

如何让中学生深度参与制造小卫星

事后回忆起来,王晟赫觉得,刚开始的时候啥都不知道,毕竟是第一次接触卫星,不知道怎么进入这个领域。和王晟赫一样,多数同学此前完全没有关于卫星的基础知识。他们对于卫星和航天科技的印象,停留在“高大上”却“很遥远”的电视直播里。

根据公开资料,全世界由大学生研制的卫星很多,由中学生主导的卫星却屈指可数。张刚说,2013年,美国的托马斯·杰斐逊中学发射了一颗这样的卫星,学生们主导了载荷设计,但很多器件是直接从科研机构和公司采购的。

参观卫星制造机构“感觉跟卫星距离更近了”

到底怎么让中学生们深度参与到小卫星的制造中去?张刚着实为此费了不少心思。他坦言,在我国当前的技术条件下,制造一颗卫星不是难事,难的是把学生们带进门。“不能枯燥地灌输知识,得结合他们这一年龄阶段的特点,让他们觉得好玩,逐步激发他们的兴趣,再实现科学幻想到科学工程的转换。”

为了达到这一目标,几周的时间里,学生们不仅在课堂上学习基本的航天知识,更是走访了中国航天科技集团、中国科学院、国家重点实验室等各种跟卫星制造有关的机构,其中不少是保密单位。“特别神秘,一般人都进不去”,谈起参观学习的过程,王晟赫的语气依然带着激动。张刚的想法是,让学生们通过这些活动积累兴趣,进而实现量变到质变的过程。从同学们的反馈来看,这样的安排是有效的。“卫星整体看上去好像没什么,其实它的每个小部件都是高精尖的东西”,王晟赫说,这一阶段的学习后,“感觉跟卫星距离更近了,至少觉得看到了希望,我们中学生制造卫星是可能的。”

中学生主导完成卫星四项载荷的设计

接下来的过程,用张刚的话说,就比较“痛苦”了。学生们的很多创意在现阶段仍属于“天方夜谭”,在正样卫星研制中,需要引导他们结合可行性的现实情况进行设计。此外,卫星的实用性也需要加以考虑。“刚开始他们说,卫星做好发上去不就行了吗?其实卫星一定要有目的和使命,不然发上去干吗呢?”张刚说。王晟赫当时的想法是,像科幻电影里一样,把卫星做成可以打开的魔方形状,“后来才知道根本实现不了”。

考虑到卫星研制是系统工程,学生们在航天专家的建议下分成了五组。一方面,各组分别专注于结构、电源、星务、轨道等卫星分系统的方案;另一方面,各组也要在每天的课程结束后进行共同讨论,了解其他组的知识。在航天专家们的指导下,五个组逐渐找到了方向,进入了第二阶段,即正样卫星的研制阶段。

在南京理工大学的微纳实验室里,学生们参与了一系列的试验:建立星箭分离轨道计算模型,焊接星务主机的供电板,进行姿控试验,开展远距离无线通信试验并参加了各项卫星、星箭评审活动。最终,学生们综合可行性和实用性的考虑,主导完成了卫星四项载荷的设计,即对地拍摄、无线电通信、对地传输音频和文件和快速离轨试验。卫星的总装与测试由南京理工大学完成。

侧记

这颗科普小卫星获得习近平关注

2016年9月8日晚,刚升上高二的八一学校学生朱迅,接到了一项特殊任务:向一位大人物介绍同学们正在研制的全国首颗中学生科普小卫星。“你们的小卫星发射时别忘了通知我一下。”第二天,在八一学校的航天卫星创客实验室,站在朱迅面前作出叮嘱的,是中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平。

当晚,消息上了新闻联播。半年前就已启动的小卫星工程,一下子火了。八一学校主管科技的副校长朱凯说,造卫星这件事,其实出自一次偶然的谈话。2016年初,中国航天科技集团公司所属航天科技国际交流中心副主任到八一中学,与朱凯交流科普教育。刚从以色列回来的副主任谈起,以色列刚刚发射了一颗由中学生制造的小卫星。朱凯觉得八一学校一直在发展科技特色教育,学生们的底子不会比以色列的学生差。“能不能让八一的学生们,也制造一颗小卫星?”

两人都很兴奋,立即各自回去开展论证和动员。经过后续的深入沟通,小卫星工程在年初立项。4月24日,中国首个航天日当天,工程正式启动,经航天专家面试选拔,40多位同学得以参与其中。近日,习近平回信勉励北京市八一学校科普小卫星研制团队学生,讲科学爱科学学科学用科学努力成长为祖国栋梁之材。



(作者:冯群星)
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