遇到一個連做衛星都能「特別摳」的老闆，是種怎樣的體驗？

天儀智造系列第一話丨星箭分離機構

哈嘍大家好，我是天儀小姐姐！這是我們第一次嘗試科普文 （文科生別跑） ，為此我還遠程 （興師動眾的） 約談了 （天儀F4之一） 天儀研究院結構工程師李曉明同學，以及 （你們最愛的）天儀研究院CTO任維佳老師，就是想不枯燥地和各位聊聊「星箭分離機構」（遇到一個連做衛星都能「特別摳」的老闆，是一種怎樣的體驗）：

什麼是星箭分離機構；

星箭分離機構到底難在哪裡；

我們為什麼 （買不起） 自己設計；

我們在研製中發現的（省錢） 秘密；

介紹（炫耀） 我們的研製成果；

1.什麼是星箭分離機構？

講道理，我第一聽到這個詞兒的時候，真的以為這是一個「機構」，細問下來才知道，其實所謂的「星箭分離機構」，實際上就是連接衛星與火箭的「橋樑」：在發射過程中對衛星起著減振、防塵、接地等保護作用；而當衛星達到預定軌道後，星箭分離機構就會做出分離動作，可靠地實現星箭分離，且不影響衛星的姿態。

試想一下，衛星在發射過程中會經歷火箭產生正弦振動、隨機振動、衝擊等一系列力學環境，有些力學環境可能會對衛星造成影響甚至破壞衛星。這時，星箭分離機構就需要一隻在火箭衝出大氣層時 （像手機殼一樣） 負責保護衛星，以及當最後 （像彈弓一樣）負責彈出衛星到達指定位置的「盒子」，做衛星的人俗稱它為，「衛星適配器」。當然，所謂「適配」，簡單講也有將衛星與火箭鏈接的意思，這時「適配器」的功能和「手機充電器」擔任的「橋樑」角色沒兩樣。

如果文科生還是覺得不夠形象，就這麼說吧。火箭能夠將衛星送上天，可想而知，它是個超級大力士，衛星裡面都是精密的電子元器件，相對來說非常脆弱，猶如還沒有孵化出來的小雞 （或者你最近在滿世界找的旅行小青蛙）。為了將小雞保護好，確保在大力士發威時毫髮無損，我們得在外面加一層厚厚的「雞蛋殼兒」，保證小雞可以安全到達預定軌道。

所以實際上，你也可以將衛星的「星箭分離機構」理解成一個內部裝好彈簧版的「雞蛋殼兒」，不僅可以安全的護送衛星到達預定軌道，而且到達後可以給小雞「破殼而出」的動力，biu~~~

當然，加強版的「雞蛋殼兒」還要保證小雞在彈出來時，即使面臨失重的環境下也要保持「向上」的姿態 （太空飛行，「姿勢」真的很重要），才能算真正完成任務。只是在小雞睜開眼睛看到新世界的同時，我們的「雞蛋殼兒」也隨之隕落，掉進大氣層，被燒成一縷看不見的煙火，又也許會化成一朵雲，經過你的頭頂......

OK，說回正題。因為衛星型號的不同，各家的「適配器」也是不一樣的，有圓的有方的，有好看的，也有丑不拉嘰的。可以簡單將其分成兩種：一種是包帶式星箭分離機構，採用火工品（爆炸螺栓）進行解鎖；第二種是電磁解鎖式星箭分離機構，採用電磁鐵解鎖。如下圖：

2.星箭分離機構到底難在哪裡？

你知道嗎？就是這麼一個簡單的「盒子」，卻是火箭發射過程中的最後一個環節，而且星箭是否正常分離直接關係到衛星發射的成敗。簡單來說，一句話，星箭分離機構一旦出現一點點小問題，這顆衛星就算抓瞎了，有的連天都上不了就直接跟著火箭末級回到地球了。

比如，前段時間出問題的美國神秘衛星 ZUMA ，據說就是因為星箭分離機構故障而導致分離失敗；再比如，幾年前有一群衛星愛好者想要將自己研發的一顆試驗衛星送上天，沒成想衛星在最後彈出火箭的時候適配器沒有順利打開電源，結果這顆小衛星就尷尬地變成了一塊兒「太空上的鐵疙瘩」，畢竟在太空里沒有人能再去幫它打開開關。

因此星箭分離機構的「可靠性」就成了其最重要的指標。然而這種「可靠性」的評估卻需要用大量的試驗來完成，而且試驗時為了模擬真實的真空、失重環境，又需要涉及更多的專用設備。如此，對於衛星設計製造方而言，花過多的人力、物力到這個機構上面又會顯得比較「雞肋」，所以更多的衛星設計製造方更願意直接採購目前市面上成熟的產品。

3.聽上去這麼複雜的東西，我們為什麼要自己設計？

主要是因為立方星概念最早起源於歐美，目前市場上立方星分離機構也基本上被歐美的幾家領先的航天企業壟斷。如：荷蘭的ISIS（Innovative Solutions In Space）；德國的 Astro-und Feinwerktechnik Adlershof GmbH ；美國的 NASA 。

維佳老師回憶說，「天儀其實也曾考慮過直接從國外購買，但是真正接觸後才發現一個簡單的6U立方星分離機構價格就在60萬元人民幣左右，而且對方的條件是不單賣星箭分離機構，必須購買其整顆衛星，才會將星箭分離機構打包賣給我們。這對於我們來說是不可能接受的條件。」

而 wuli 楊峰（衛星哥）老闆剛聽到這個小盒子的價格時，就直接拍桌而起了，「一個TMD的破鐵盒子敢收60萬？怎麼不去搶啊！！！」 （這裡真的可以腦補「馬景濤」科技版咆哮），所以一向強調成本的他，果斷地作出了一個決定（（找到了一個借口）），「雖然星箭分離機構的可靠性設計存在很多難點，但是我們必須拿下它，我們未來的發展不能因為這麼一個小小的分離機構被別人掐住脖子！」

是的，沒錯，我們最終決定：自己干！

4.我們在研製中發現的（省錢） 秘密

「自己干」，這句話說出來很容易，但是當我們開始正式研製後才意識到這個一直被國外壟斷的產品，並沒有想像中的那麼簡單。接到任務的結構工程師同事那段時間真的只能用「披星戴月」 （苦不堪言） 來形容了。

「首先主流的電磁開關就是一個瓶頸，還有展開逆止機構、防碰撞設計、軌道面處理、防冷焊設計等都是需要攻克的設計技術難點。」天儀的技術同事更為此絞盡腦汁，曉明同學回憶說，「在無數次（深夜） 會議討論，綜合目前的資源、周期要求，經過我們嚴密的技術論證，最終決定選擇暫時避開電磁開關解鎖系統的研製，將已有一定技術儲備的熱刀解鎖系統作為技術攻關的重點。」

聽到這裡文科生可能有要抗議說聽不懂了，簡單講，熱刀解鎖系統的關鍵就是在於熱刀能源與熱刀的設計，我們只要搞定這兩個問題，其他就簡單了。

為此，我們組織了強大的科研攻關力量，聯合研製了專門的快放電源，在初樣產品具備使用功能後，又對電源的保壓能力、充電保護、消反峰設計等安全性能方面進行多輪優化，在經過一系列的熱真空環境試驗、力學環境試驗、跌落試驗等試驗驗證，我們終於成功研製出了一套成熟的航天快放電源產品。

之後我們又嘗試配合快放電源的性能參數，利用3D列印等新型技術，成功研製出低成本、高可靠的熱刀系統。至此，熱刀解鎖系統的難題終於可以宣布告破！

如圖所見，我們自己研製的「星箭分離機構」的中央為四條直線導軌，框架前端為艙門，艙門上端通過鉸鏈與框體相連，下端採用凱夫拉繩拉緊。框體後端採用主推錐彈簧作為星箭分離機構儲能原件，主推彈簧通過彈簧座與推板相連，彈簧力通過推板傳遞給微小衛星，當凱夫拉繩被切斷時，艙門被鉸鏈打開，主推彈簧推動微小衛星實現星箭分離。

而為了模擬星箭分離時系統處的微重力環境，我們最初的方案是在自由落體塔內進行試驗，或者在失重飛機上做星箭分離試驗。

但是做一次這樣的實驗的成本動輒幾萬，甚至上百萬。所以不用說你可能也知道了，因為成本太高，這兩個方案都被 wuli 楊老闆扼殺了，而且他居然還想出了讓我們的結構工程師曉明同學抱著「星箭分離機構」在蹦極自由下落時進行分離試驗的點子......

然而經過交涉，蹦極機構從安全方面考慮，直接拒絕了楊老闆的想法。至此，曉明同學成功撿回了一條小命 （真乃「嗚呼哀哉」） 。最後，wuli楊老闆又 （擅自） 拍板，直接讓我們把「星箭分離機構」從試驗室樓上往下丟 （你說他的童年是不是經歷了什麼）.....

但是 wuli 楊老闆仍然理直氣壯地說，「這不就失重了嘛！」 （省錢） 然後就有了下面 （辣眼睛的） 實況重播，據說他們這樣反覆扔了近百次來測試各種情況下的可靠性。

5.介紹（炫耀） 我們的研製成果

就是這樣，歷時1年，通過層層技術關卡，我們自主研製的「星箭分離機構」終於完成定型，各項參數指標均達到了國際先進水平，而且經過我們兩次太空任務、三顆星的在軌驗證，我們自主研製的「星箭分離機構」取得了零失誤的成績 （此處是不是應該有掌聲）。

而最讓我們自豪的，就是在我們的星箭分離機構問世以前，國內除國家隊以外，就沒有其他公司或者機構用自己研製的星箭分離機構進行在軌任務，天儀是這個領域第一個吃螃蟹的人，而且取得了很好的成績（說到這裡還有點想向我們楊老闆近乎變態的節省成本的思路致敬.....）。

我們也很開心，能夠為業內同行在選擇分離方案時提供了更低成本的新的選擇空間！要知道，我們可是將立方星星箭分離機構的成本降低了一個數量級還不止！歡迎各家微納衛星公司前來洽談合作業務！

當然，我們還要在此感謝中科院瀋陽自動化研究所和北京合眾匯能科技有限公司等單位在研製過程中對我們的支持！

至此，天儀小姐姐的第1期科普終於結束了！感謝大家的關注，我們下期再見！