銀河航天徐鳴：銀河解密——衛星的本質是一台大型計算機

眼下，銀河航天首發星發射已步入倒計時階段，發射衛星不同於其它，錯綜複雜是它與生俱來的固有屬性。

接下來的兩篇專欄，我將從地面研製和在軌控制兩個篇章對銀河衛星發射全流程進行細節還原，讓衛星不再陌生。

本文為第一個篇章，我想先從衛星的功能切入，說明白為什麽衛星的本質是一台大型計算機，其次，我希望把地面製造的重要性和關鍵點講清楚，讓大家了解向天空中發射一台“計算機”到底難在哪兒。

從本質上來看，衛星即計算機

在講述衛星發射前的製造工作之前，我們要厘清一個關鍵問題，衛星是什麽？

從某種程度上來分析，衛星的本質是一個計算機，而銀河所做的事，正相當於在地面上打磨出一個太空計算機。這或許讓人聽起來過於抽象，我們可以將這個太空平台具象成IBM的大型機：質量大約200公斤，尺寸約為一立方米。

我之所以會把衛星稱之為計算機，主要有以下三個方面原因：

第一，衛星作為軟硬兼備的一體機，本身的作用在於為用戶服務，它能夠接收一些類似於in和out的指令集，也就是說能夠快速響應用戶服務。

第二，衛星又具備自動駕駛的功能，在太空中，衛星配備的天體敏感器通過敏感天體異塵餘生來測定衛星相對於慣性坐標系的三軸姿態和位置，從而感知自己的運動狀態。值得一提的是，衛星還要結合當前的任務要求去控制它的指向，因而，衛星相當於是在太空中進行自動駕駛和實時控制的計算機。

第三，衛星作為一個通信計算機，能夠在太空中完成數據的轉化和交換。

除了以上幾點，衛星作為計算機其實還有一個很重要的維度，即通過加載功能軟體實現更好的在軌運行管理控制，從而取代傳統更換硬體的升級方式。

以衛星熱控功能為例，通常我們在進行溫度傳感器采集、熱控決策與加熱器控制時需要一個獨立的熱控下位機。如今，銀河航天將這些合並到通用的平台上，通用平台裡運行作業系統和實現熱控功能的APP，衛星通過通用平台連接這些傳感器和加熱器，從而不再需要獨立的熱控下位機。同樣，通過在通用平台裡加載姿軌控、星務管理、電源控制等功能APP，也能夠去除上述分系統的下位機，最終達到讓下位機在衛星中消失的目標。

也就是說，從某種程度上來講，衛星其實就是在太空中自動駕駛的一台大型計算機，這台計算機不僅能夠快速接收指令服務於客戶，還能在太空中完成數據的轉化和交換，並通過軟體的技術創新替代傳統的硬體替換。

地面製造篇四大關鍵點

儘管衛星的本質是一台大型計算機，但向太空中發射這樣一台計算機並不容易，僅在克服地心引力進入軌道前，除完成所有機電產品都必需的集成測試外，還需要邁過其他的四道坎兒。

首先，是關於力的方面。眾所周知，衛星在升空時要經歷加速度衝擊和振動的過程，這就要求衛星在結構的設計上要進行增強處理。通俗來說，衛星在製造上要比IBM大型機要結實、粗壯的多，只有這樣，才能承受火箭發射時的動載；而能否經受住上述力學環境影響，就要求我們在地面上要對衛星做一系列的振動試驗，包括縱向和橫向等不同維度試驗，是衛星製造時不可或缺的一環。

其次，是關於熱的方面。所謂的熱是什麽？簡而言之，是衛星在太空中受太陽影響所承受的溫度變化（零下80多度—零上100多度）。在這樣的熱環境影響下，幾乎所有衛星機、電設備性能都會受到影響，這就要求我們必須在衛星溫度過高時，將熱量散去；在溫度過低時，對其進行保溫或者加熱處理，確保衛星上的設備工作在設定的溫度範圍。

對於整星熱耗小的衛星，其熱控制從技術上來說難度相對較小。但對於上千瓦的小衛星平台，重點則在於大功率器件的導熱和整星對外散熱。為了驗證衛星熱控制的有效性，我們會在衛星發射前進行熱真空試驗，通過將熱衛星放入真空罐，並對其加熱、製冷以及抽真空等太空真實場景模擬，對衛星進行各種工況的熱實驗，並根據試驗數據進行設計或架構上的調整。

接下來，是針對太空粒子異塵餘生做好衛星防護方面的工作。我們都知道，太空是存在異塵餘生的，其中有兩種異塵餘生有可能會對電路板造成損傷：其一是重粒子，它會將集成電路打翻；其二則是矽器件的異塵餘生累積效應，這種異塵餘生會一直存在，舉個簡單的例子，就像原來材質不夠好的塑料，在太陽的曝曬之下塑料會發生形變，矽器件也會如此。為此，需要採用宇航級器件，或者為降低成本採用商業宇航級或汽車級等低等級器件，需要對其做異塵餘生防護加固措施。要對低等級器件或加固之後的電路板進行輻照試驗，以評估其整個壽命期內長期空間異塵餘生的適應能力。

最後，則是關於EMC（電磁兼容性）方面。對於通信衛星，當眾多微波部組件集成到一起時，彼此之間會產生電磁干擾。這有點類似於兩部手機放置在一起會產生干擾一樣，而在小衛星內部，部件往往都是緊密集成在一起，電磁干擾現象更為嚴重，這就要求我們在電磁干擾的專業實驗和前期設計、仿真和測試的各個環節下足功夫。

在衛星製造中，前期設計、後期的研製與試驗三者密不可分，商業航天亦是如此，從時間佔比來看，設計和研製、試驗佔比約為2:1。需要著重說明的是，設計實際上是自始至終貫穿的，它並不是一個階段就能夠完成的任務，而是全路徑的。設計給製造畫出外骨骼，試驗發現製造過程中存在的工藝問題並向設計反饋，設計再進行改進，三者相互迭代、促進。

銀河的亮點與優勢

除了跨過地面製造的四道坎兒，衛星的發射還需要應對什麽挑戰？我們認為解決衛星頻軌資源供需矛盾至關重要。

從某種程度上來說，銀河航天首發星將是國內乃至全球第一個使用Q/V通信頻段的低軌寬頻衛星。

目前，Ku 頻段資源已經趨於飽和，隨著頻率協調的難度日益增大，國際商業通信衛星通信載荷在繼續使用傳統 C、Ku 頻段的基礎上,已經逐步向頻率更高的 Ka 頻段發展。

可以預見的是，未來商業衛星帶寬資源需求仍會繼續增長，Ka 頻段的資源也會日趨擁擠。而Q/ V 頻段作為毫米波頻段中最適合開展衛星通信業務的頻段，擁有的帶寬更寬（銀河航天自身所使用的帶寬約為5GHz），單個關口站可管理更多的用戶波束，這也是有效減少地面關口站數量、控制系統成本的重要手段之一。

其次，銀河航天更注重性價比。我們會用相對便宜的器件去實現約為0.05度的控制精度，在規模小的衛星裡算得上較為先進的水準。進一步更深層次去分析性價比這件事，你會發現本質還是在於高水準的設計。在這方面，銀河航天下足了功夫：航天體制認定的副總師級別2人、研究室主任級別7人、主任設計師20餘人，遠高於同行水準。

在商業航天未來已至的大環境下，銀河航天從成立第一天起，將航天工業從原來的單件模式變成批量模式便是我們的首要戰略。這有點像福特做T型車，將依靠手工打磨的汽車變成一個流水線工作。在這個方面，我認為銀河航天仍需要兩年的時間去腳踏實地的鑽研。

下一篇章，我會繼續講述什麽是“在軌控制”，以及如何做好“在軌控制”。

（本文作者 | 銀河航天創始人&CEO徐鳴；編輯 | 桑明強，來自鈦媒體CEO專欄）