烈日炎炎的戈壁灘上，細長的谷神星一號遙六運載火箭直沖云霄，在一片歡呼聲中，很快消失在人們的視野。另一頭，指揮中心內仍然一片安靜，所有人屏息凝神，注視著屏幕上高度、速度兩條曲線緩緩爬升——整流罩分離，衛星從火箭末端探出頭來；乾坤一號分離，衛星輕盈脫身，緩緩展開太陽翼；終于，隨著乾坤一號成功入軌的數據傳回，大廳里爆發出熱烈、持久的掌聲。
在任務密集的酒泉衛星發射中心，這僅僅是一次再常規不過的衛星發射。然而，乾坤一號承載的使命卻非同一般。
作為我國第一顆超低軌道試驗衛星，它的發射應用將填補我國超低軌道技術應用領域的空白，也意味著在競爭激烈的航天賽場上，浙江企業再一次拔得頭籌。
挑戰極限
這顆衛星有何不一般
乾坤一號試驗衛星的入軌高度為500千米，未來將根據任務需求，在300千米、268.13千米、250千米的軌道高度完成超低軌道長期穩定飛行業務，最終到達200千米以下的軌道，突破太空極低軌道高度完成短期飛行業務試驗。屆時，它的最低軌道高度將接近航天器可以繞地球運行而不會墜落的極限。
從300千米起，衛星就進入了所謂的超低軌道。這是一片動力學環境極其復雜的空間：從500千米下降到300千米以下，大氣密度會增加數千倍，空氣阻力驟增。衛星還受到地球引力更強烈的“拉扯”，很容易失控墜入大氣層。不僅如此，由于超低軌道空間中存在高濃度腐蝕性原子氧，還會導致衛星出現材料剝蝕、性能退化等現象。
“維持衛星在超低軌道上長期穩定運行，客觀上存在很高的技術門檻。”賽思倍斯創始人、董事長郭世亮告訴記者，直到今天，在人類的航天活動走出太陽系、走向遙遠深空的同時，這片離我們最近的空間依然是“人跡罕至”。
拿我國在軌的航天器來說，中國空間站的軌道高度是400千米，資源、高分、環境等衛星大部分運行在400~2000千米之間，再往高處，也有衛星運行在3.6萬千米高空的地球同步軌道。但在超低軌道上，目前并沒有飛行器長期駐留。
2020年，賽思倍斯在浙江成立，瞄準了超低軌道空天智能飛行器這條新賽道。記者了解到，除了這家科創企業以外，國內公布超低軌道衛星計劃的只有中國航天科工集團，13日，他們宣布將在今年底完成首發星發射，在2030年前完成300顆通遙一體衛星的在軌組網運行。
在乾坤一號立項之初，國內沒有完整地開展過超低軌道長期飛行試驗，在構型設計、軌道維持和姿態控制等核心技術上，研發團隊均進行了大量創新。
而這次發射的主要任務就是“驗證”：四次大幅度降軌，盡可能地摸清超低軌道不同高度的空間環境特征，全方位驗證衛星的飛行控制、平臺能力等關鍵技術，為后續超低軌道空天智能飛行器的型譜化研制鋪平道路。
比如，在超低軌道長時間運行，需要持續、高效的電推進系統進行長期軌道維持，這是乾坤一號完成飛行業務最重要的技術保障；環境動態變化劇烈，不確定因素極多，需要控制系統作出更加實時、精準的分析判斷，對衛星高精高穩定度姿態控制技術也提出了極高的要求。
乾坤一號的外形也獨具匠心：它的主體部分是長方形，但比傳統衛星更加細長；兩側的太陽翼一共有三折，但展開后并不在一個水平面上，而是先下掠一定角度，讓人聯想到飛機的機翼。
郭世亮告訴記者，由于超低軌道環境更接近低層大氣，乾坤一號的某些特征有著“航空器”的影子。“我們綜合考慮了氣動力矩、軌道動力、能源、任務載荷等方面的因素設計衛星的減阻構型，整整迭代了9次方案，確保衛星能在穩定運行的同時，節省星上的資源。”他說。
打個比方，如果說傳統的衛星是在一條風和日麗的高速公路上行駛，超低軌道衛星就是駕駛著越野車，迎著風暴，在崎嶇的道路上疾馳，風力、風向、路況還在不斷變化，但仍要給“乘客”營造同樣平穩的乘坐體驗，完成載荷任務。
“從技術層面說，超低軌道技術對于飛行器空天一體、智能化水平的高要求，能夠帶動面向任務、場景的一系列創新，發展空間巨大，這也是超低軌道技術高難度中蘊含高價值的體現。” 郭世亮說。
先到先得，搶占太空新空間
為什么這顆衛星要瞄準超低軌道空間？
“超低軌道空間是未來十年航天強國必爭的戰略資源，屬于太空價值的制高點。這個領域做好了，民營航天企業照樣可以成為國家戰略科技力量。”郭世亮說。
低軌、大規模星座構建是當前衛星行業的發展趨勢，但地球軌道空間的軌位和頻率資源是有限且不可再生的。浙江大學航空航天學院教授幺周石告訴記者，這個事實，在馬斯克的太空探索技術公司（SpaceX）大規模部署近地軌道衛星的“星鏈”計劃公布后，才逐漸引發了人們的危機意識。
根據國際電信聯盟規定，衛星頻率及軌道使用的規則是“先到先得”。已知300至1000千米左右的低軌道大約能夠容納5.8萬衛星，而“星鏈”計劃如果實現，最高將占據4.2萬顆衛星的軌道位置。“星鏈”也在往更低處延伸，其二期申報的三個高度和傾角共7518顆衛星，軌道高度已低至335.9至345.6千米之間。
“整個航天行業的形態都會被顛覆。”幺周石說，作為應對，中國2020年推出了代號為“GW”的星座計劃，計劃發射的低軌衛星總數接近1.3萬顆。但至此，如果算上已經在運行的衛星，以及一些停止工作但仍然飄蕩在太空中的“死衛星”，低軌道空間的資源規劃已經接近枯竭。
在這樣的背景下，瞄準比“星鏈”更低的軌道，成為了爭奪太空“通行證”的新突破口。
衛星在超低軌道飛行本身具有很多優勢。根據測算，如果衛星從650千米的軌道高度降至160千米而保持穩定飛行，性能不變的前提下，雷達頻射功率需求會降低64倍，通信頻射功率需求會降低16倍，光學孔徑直徑需求會降低4倍。
這意味著，信息的傳輸效率將得到提高，衛星的載荷重量將大大減輕，同時還能降低研制和發射成本，使衛星更適合批量化生產、常態化發射。
世界范圍內，超低軌道空間的高價值越來越受到航天力量的重視。歐空局在超低軌道衛星研究上的投入高達10億多歐元，2009年，它們曾發射重力場和海洋環流探測衛星GOCE，在250~260千米的軌道上運行近5年后墜落。
2017年，日本發射了“超低軌道技術試驗衛星”（SLATS），測試了從發射到在軌運行的一系列關鍵技術，最低運行軌道達到了180千米。
眼下，發展勢頭最迅猛的是美國。由飛行器制造商洛馬公司前高級系統工程師創辦的反照率公司（Albedo）計劃在2027年實現24顆超低軌道衛星組網，運行在200至300千米的軌道；美國空軍支持的地球觀測者（Earth Observant）公司設計的 “魔鬼魚”（Stingray）衛星計劃在250千米的軌道完成組網，能夠向美國空軍、陸軍提供近乎實時的衛星圖像。
郭世亮告訴記者，這些國家在超低軌道方面的布局各有側重，比如歐空局的項目主要服務于自然科學研究，美國側重遙感應用，日本雖然進行了應用層面的探索，也公布過一系列后續計劃，但受到行業發展等種種原因限制，都未能實施。
“整體來看，歐美國家主要超低軌道項目的技術水平都還處在業務化和實用化的前夜。”郭世亮說，加入超低軌道空間的探索，中國起步不遲，但已經時不我待。
未來應用場景，僅受制于想象
乾坤一號搭載了可見光面陣相機和高光譜成像儀兩款相機，采用同光軸的安裝方式，用于驗證超低軌道穩定成像技術，可以對地表同區域進行同時相觀測。對于它來說，飛得更低，意味著看得更清楚；軌道半徑更小，繞地一圈時間更短，對于同一區域動態變化的監測能力也更強。
在遙感領域，超低軌道衛星將大有可為。“一旦技術突破，超低軌道遙感衛星的分辨率可以做到比肩航空遙感無人機，達到0.1至0.2米。同時，它又可以在全球任意位置獲取圖像，對于獲取同樣的數據，衛星的成本可以降到無人機的10%到20%。”郭世亮說。
當前，軍事偵察、地質勘探、災害預警等許多重要領域都依賴于衛星數據，但我國的衛星遙感應用普遍存在成本高、效率低、應用少等問題，難以保障重大行動對關鍵信息時效性的迫切需求。
郭世亮表示，超低軌道技術將對這些傳統領域帶來顛覆性的影響。“光是地理信息行業，國內產值就達到了7500億。”他說，“但和一些高科技行業相比，它的人均產值還很低，高質量、高價值的數據會帶動整個產業的提升。”
其實，遙感、通信、導航，傳統衛星的三大功能的載荷，超低軌道衛星都能承載。一旦不同功能的衛星實現組網，并與其他軌道的衛星互聯，更將產生1+1>2的效果。
國家“十四五”規劃《綱要》中提到，我國要在新階段“建設高速泛在、天地一體、集成互聯、安全高效的信息基礎設施……打造全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系”。今年7月9日，我國成功將衛星互聯網技術試驗衛星發射升空，正式拉開了衛星互聯網工程建設的序幕。
作為通信網絡基礎設施的代表之一，衛星互聯網技術的優勢是可以彌補地面基站盲點，實現地球各個角落網絡信號的全覆蓋。
幺周石告訴記者，更長遠的趨勢是把地面系統、航空器，以及超低、低、中、高軌衛星全方位連接，形成空天地一體的綜合網絡。
在這樣的基礎設施體系中，超低軌道的角色是“承上啟下”：一方面，它執行的任務可以與更高軌道的衛星形成互補，分擔衛星系統的功能；另一方面，由于距離很短，超低軌道衛星能以更低的成本、更安全、實時地將獲取的數據傳給航空器、臨近空間飛行器等計算基礎設施，如果傳輸回地面直接抵達用戶，時延也將達到分鐘級別。
這將打開怎樣的應用場景？幺周石向記者舉例，空天地一體化后，對于物聯網、車聯網、自動駕駛、虛擬現實等對網絡數據傳輸時延要求極高的生產生活領域，如果調用衛星系統，超低軌道將是最佳的選擇。
“比如醫療物聯網，想象在杭州的醫生開了一刀，遠在地球另一個角落的手術室里，一只機械臂能幾乎同時落下，達到這樣的效率，遠程醫療才能成為可能。”他說。
是否會有更多新型業態出現? 郭世亮表示，這是必然的趨勢，技術進步帶來的變革，僅受限于我們的想象力。
“這就像互聯網、智能手機出現之前，我們絕對想象不到它會給社會帶來如此深刻的改變。”郭世亮說，超低軌道技術的成功驗證只是第一步，未來還要交給更多人去想象和創造，以實現各行各業的互利共贏。
瞄準賽道，浙江打造航天名片
這兩周，浙江航天捷報頻傳，令人振奮。7月12日，由藍箭航天空間科技股份有限公司自主研制、產于浙江的朱雀二號遙二液氧甲烷運載火箭成功發射入軌，同樣創下世界之最。下一階段，藍箭航天還將在浙江開啟核心產品的批量化生產進程。
賽思倍斯也已經在諸暨經濟開發區（高新區）落成了空天智能制造基地，二期工程建成后，可實現年產200顆高分辨率遙感衛星的總裝、集成與試驗能力。未來，還將根據不同的應用需求拓展超低軌道衛星星座與組網應用，預計將在2024年開始發射建設超高分辨率遙感衛星及星座。
“浙江的創新創業環境非常吸引我。”談到為何來到浙江創業，郭世亮表示，這是一件順理成章的事。
一方面，諸暨市將航空航天產業列為重點發展的三大新興產業之一，為企業落戶提供了充分的政策支持，另一方面，賽思倍斯在浙江獲得了主要投資，郭世亮還與浙江大學航空航天學院、地球科學學院的多位專家教授有長期緊密的合作。
在賽思倍斯的諸暨智能制造基地周圍，航空航天產業生態初具，發展勢頭強勁。諸暨市現有航空航天企業40余家，涵蓋衛星測控與研發制造、空天信息、芯片、傳感器、光電、電子器件等多個領域，尤其是最近三年，已經引進總投資超過100億元的數個重大項目。記者還了解到，此次參與乾坤一號任務保障工作的還有諸暨的另一家企業——浙江天鏈航天科技有限公司。
諸暨市科技城建管辦相關負責人告訴記者，在科研配套方面，諸暨市政府與浙大、浙大控股集團共同建設浣江實驗室，目前已成立了微納星群與信息技術、智能無人系統、現代導航與感知技術等六個研究中心和三個公共平臺。
杭嘉湖，是浙江航空航天產業迅速集聚的另一個中心：藍箭航天中心所在的嘉興港區航空航天產業園，已引進多個億元項目；今年5月，中國空間技術研究院杭州中心開工建設，將在浙江打造航天領域原創技術策源地和產業發展新平臺。
頂層規劃上，2021年，浙江發布航空航天產業發展“十四五”規劃，提出培育發展商業航天，聚焦商業運載火箭、微小衛星、北斗應用等重點領域。今年，浙江在《關于培育發展未來產業的指導意見》中，將空天信息產業定為了優先發展的9個快速成長的未來產業之一。
幺周石認為，雖然浙江的航天工業起步較晚、規模偏小，但隨著更多民營航天的“領頭羊”企業和重大項目落地浙江，將快速帶動起航空航天全產業鏈的完善和提升，更可以結合浙江已有的大數據、互聯網、人工智能等產業優勢，創新商業模式，打造新的經濟平臺、經濟增長引擎。
“尤其是超低軌道衛星是一條非常獨特的賽道。”幺周石說，“瞄準這個領域，浙江有望再打造出一張自己的航天名片。”
（來源：浙江日報）
