中国卫星部件制造首次采用钛合金3D打印成型

    2015年9月25日，采用固体燃料发动机的我国新型运载火箭长征十一号在酒泉卫星发射中心成功发射，这是长征十一号的首飞，使我国具备快速发射卫星的能力。此次发射搭载了上海航天技术研究院研制的浦江一号卫星和中国科学院上海微小卫星工程中心研制的上科大二号卫星等4颗微小卫星。 

　　浦江一号：小卫星有大智慧

　　浦江一号卫星由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究八院研制，可实现面向用户订制的快速便捷综合信息服务，按“互联网+”的要求，能广泛应用于电磁环境监测、国土资源普查、应急搜救等领域。

　　突出创新驱动，注重用户体验

　　随着信息技术的不断发展，人们对空间信息综合应用的需求越来越旺盛。“一带一路”空间信息走廊建设的提出，更是为国内方兴未艾的商业卫星市场提供了无限的空间。简化研制技术流程，缩短研制周期，发展低成本、高可靠性、满足多任务需求的小卫星星座，成为今后卫星技术发展的重要方向。

　　出于对未来商业卫星发展应用的考虑，自2009年起，上海航天技术研究院八院即自筹经费开展专项研究，按照积木型、易组装的思路，着力打造一款简洁的面向多功能应用的小卫星平台，探索微小卫星领域产品化、标准化、集成化的突破。

　　“一方面，这个平台必须具备一般卫星的完整功能，可满足空间环境运行和应用的需求，同时也要具备灵活多变的宽适应能力，能快速按照用户的需求进行快速配置。”型号负责人介绍。立足 “面向用户，方便快捷”设计理念，浦江一号卫星首次采用了全数字化设计技术、通用化即插即用技术、柔性化结构设计等技术，能快速地和各种不同的有效载荷进行整合，并在一个月内完成集成测试、一个星期内完成发射准备、一天内完成在轨交付的目标。

　　即插即用概念的提出，使得卫星在设计上摆脱了平台与载荷必须互相一一对应的限制，通过标准的机械接口、供电接口、控制接口和通信接口等，各个单机之间采用标准协议来约束，只要符合标准的设备，都可以实现即插即用。“这就好比组装电脑，我们可以根据不同的需求提供高中低的不同配置，形成货架产品来供你选择。而你需要安装的特殊设备，我们也提供了标准转换接口，插上就可以用。”标准化的平台设备，不仅可以大大降低卫星的研制成本，更为卫星的应用降低了门槛，今后城市定制、企业定制、乃至私人定制的卫星，将不再是遥远的期望。

　　运用互联理念，3D打印首次上星应用

　　智能制造是当下的热门话题，而浦江一号也在国内卫星上首次应用了3D打印技术，其天线支架采用了钛合金材料的3D打印成型方案。而这不是为了赶时髦，而是出于卫星快速研制、降低成本的需求。原来生产一个支架需要4个月的生产周期，采用3D打印，仅仅需要3天的时间——1天完成打印成型，2天开展性能检测检验。“3D打印支架的各项性能指标与传统机加工制造的支架性能相当，完全满足设计指标要求。”

　　WiFi是目前应用最为普及的一种短程无线传输技术，通过WiFi，我们可以方便地进行智能设备之间的互联。浦江一号创造性地在航天领域引入这一概念，通过无线技术互联，将航天器上的传感器组成一个“互联网”。此次浦江一号卫星搭载的无线温度传感器是我国无线传感器网络技术在航天器上的首次应用，不仅可以验证无线传感器网络技术在轨的性能，还能有效地节能减重，降低防护和维护成本，并对后续航天器应用具有很好的示范作用。

　　浦江一号所使用的平台也堪称一绝。它采用标准的结构杆件、接头、承载板来组成卫星的结构系统，可根据需要任意调节平台舱和载荷舱的空间。“这就像我们买宜家的家具一样，可以自行根据房间的大小、用途来进行组装，可满足不同载荷的需要，大大提高了卫星结构的适应度。”

　　此外，浦江一号还首次采用“热切割”释放技术，搭载了微泵流体回路、记忆合金百叶窗、高性能数字信号处理器、大容量静态存储器、新型星敏感器等一系列国产化器件和部组件，对未来空间新技术的广泛应用具有很好的支撑作用，而且推进了空间关键核心元器件、部组件的自主可控。

　　创新研制体制，探索微小卫星商业模式

　　出于在轨高可靠性运行的考虑，传统的卫星研制往往需要经历方案、初样、正样三个阶段，在方案阶段之后，制造出一颗完整的初样星，用于破坏性环境试验;转入正样后，再生产一颗卫星进行验收级环境试验，研制周期长、成本控制不易。而浦江一号立足商业卫星发展的需要，对研制模式进行了创新性突破，从方案验证阶段直接转入正样阶段，这样就节省了一颗完整的初样星，大大节约了成本。

　　同时，在设计制造的过程中，浦江一号采用全数字化技术，一改以前人工操作的做法，通过轻量化模型设计出三维电缆网，利用卫星总装过程管控系统，依据模型编写工艺文件，自动生成辅料、工装配套、标准件、仪器仪表等数量，在总装现场用平板电脑记录单机状态等，采集质量数据，后续还将实施现场文件的电子签署，大大缩短了研制周期。

　　因为卫星平台具有十分友好的接口界面，可广泛应用于成像、通信、导航、遥感等商用领域。通过卫星组网，能够全天候全天时对目标开展日常观测，为突发紧急事件的处理提供重要参考判据。比如通过搭载不同的有效载荷，可以对城市道路拥堵情况、热点地区人员疏密情况、区域天气和环境(如雾霾)预报、移动和应急通讯、自然和人为灾害预报及勘察、近海情况等，为城市管理提供帮助，大大提高城市综合治理能力。

　　2014年11月，上海航天技术研究院八院成立了微纳卫星系统工程中心和纳米航天器技术科创中心，面向市场主动转型，提供业务咨询、产品开发、在轨维护服务等一整套系统方案解决服务。目前，上海航天技术研究院八院正在通过校企合作、研产合作乃至国际合作，建立有效载荷产业联盟，让微小卫星更加贴近客户、贴近市场。