海外动态|新！你或许不知道的“细胞卫星”
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近日，国际空间站上的航天员将美国NovaWurks公司的6个卫星模块和2个太阳能电池板拼装起来，形成了一个完整的试验航天器。
▲ 美国NovaWurks公司卫星在轨示意图
其实，“细胞卫星”不同于“模块化卫星”。早在上世纪70年代，美国宇航局就提出了“模块化航天器”的设计概念，即通过把航天器各子系统分解成若干个独立的功能模块，每个模块配有标准的机械接口、电气接口、热控接口以及数据接口，直接连接各模块便可实现航天器的整体功能，从而可以满足多种任务需求。
而“细胞卫星”则更先进，这种卫星发射入轨后在轨道上就可以分离组合，而且是即插即用，还可以自我重组和替换修复，就像由细胞构成的有机生命体一样。这种“细胞卫星”的单体既可以依附于废旧卫星上，也可以单独剥离部分失效或过期模块，来完成在轨维修和部分报废美国国防高级研究计划局于2012年启动的凤凰计划正是这种思路。
凤凰计划的设想是让多个特殊设计的“细胞卫星”搭上“便车”进入轨道，并依附于失效的同步轨道通信卫星的大型可展开天线上，或者利用空间机器人技术在轨装配新的航天器系统，从而减少空间系统研制和发射成本。NovaWurks公司此次开展的试验也正是在美国国防高级研究计到局的资助下完成的。
▲ 凤凰计划的首个航天器——eXCITe
无独有偶，德国宇航局对该概念也十分感兴趣他们推出了名为iBOSS的研究项目，主要思路是将传统卫星平台分解成数个在轨服务智能建造块，通过在轨装配和维护延长航天器寿命，减少太空垃圾的产生。
不过在实际进度上，NovaWurks公司要比德国宇航局相对领先。在此次试验中，该公司采用重约7公斤的模块来组成完整的卫星，包括通信、指向、供电、数据处理和推进模块，公司将这些模块命名为“超集成细胞星”。
“超集成细胞星”可在地面或轨道上像搭积木一样组装起来，而每颗“超集成细胞星”该扮演什么角色都由软件设定。一旦“超集成细胞星”的分系统出故障，其他“细胞卫星”上的相同分系统可通过软件控制来替代其工作。
NovaWurks公司希望通过批量生产的方式来降低单个模块的制造成本，从而降低卫星的发射成本。此外，公司已经向载荷开发者展示了“超集成细胞星”之间的通用接口，并向开发人员提供了应用编程接口。
目前，大型商业卫星的研制周期长达5～10年，即使采用成熟平台也难以避免漫长的测试过程，一旦在轨卫星发生失效，重新部署则耗时漫长。
另外，在战争、灾害、应急等情况下，从卫星的补位需求提出到发射准备的响应时间需要缩短到数月乃至数周，传统大型卫星显然难以实现。但在“细胞卫星”成熟后，既可以通过在轨服务更换失效模块来对失效卫星进行维修补救，也可以快速设计制造替换卫星进行入轨补位。
模块化和可更换设计为在轨服务提供了得天独厚的基础。虽然在未来的一段时间内，成熟平台的大型商业卫星仍然是业界主流，但借着在轨服务日渐兴起的东风，加之低成本、可重复使用火箭的渐成潮流，发射成本的骤降倒逼卫星成本和技术门槛逐渐下降。可以说，“细胞卫星”的诞生恰逢其时。
但这项技术也并非一片坦途，首先是NovaWurks公司的此次试验结果尚未出炉，这种思路的卫星还面临着一系列关键技术的挑战。例如，“细胞卫星”的集散式供电技术、多个“细胞卫星”组合体姿态的协同控制技术、卫星在轨服务的遥操作技术、“细胞卫星”间高精度相对测量技术等问题都尚未得到最终解决。最后，还需要发射成本的进一步下降，才能使“细胞卫星”像“积木”一样灵活、可靠、低成本的优势日渐凸显出来。
所以说，现在就断定这种思路的前景大好还为时尚早，但类似理念已经实践应用于部分商业卫星上了。例如，仍在组网的二代铱星上，部分卫星就预留了载荷安装空间，并设计了通用接口，由卫星代为提供星间链路和轨道维持服务。
这项服务汲取了“细胞卫星”通用接口和载荷可更换的思路。该思路一方面分摊了铱星公司的组网成本，防止重蹈一代铱星的破产悲剧另一方面是星上搭载使客户无需操心发射和入轨问题，通用的各种接口也大幅简化了载荷设计，可谓是双赢的方案。
来源：中国航天报（版权归作者及刊载媒体所有）
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编辑 / 刘雪 审核 / 焦月 荐稿 / 李秀娟
指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)