李忠東

印度高中生

設(shè)計(jì)全球最輕衛(wèi)星

2017年6月21日，在震耳欲聾的轟鳴聲中，“卡拉姆號(hào)”和其他參與實(shí)驗(yàn)的衛(wèi)星從美國宇航局（NASA）位于弗吉尼亞州瓦勒普斯島發(fā)射升空。該衛(wèi)星的主要目的是展示碳纖維3D 打印技術(shù)的表現(xiàn)，檢測(cè)3D打印的輕質(zhì)外殼的持久性，證明碳纖維材料能否適應(yīng)衛(wèi)星發(fā)射和收回進(jìn)程中的惡劣環(huán)境。一旦通過測(cè)驗(yàn)，這無疑將變成3D打印技術(shù)的一個(gè)新的里程碑?！翱ɡ诽?hào)”衛(wèi)星在發(fā)射后將進(jìn)入亞軌道飛行，整個(gè)任務(wù)時(shí)長4小時(shí)。在這段時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星將在太空微重力環(huán)境中運(yùn)行12分鐘。衛(wèi)星內(nèi)部攜帶了新型的車載計(jì)算機(jī)和8個(gè)本地內(nèi)置的傳感器，可實(shí)時(shí)傳輸衛(wèi)星狀況，測(cè)量衛(wèi)星線速度、角速度等數(shù)據(jù)，檢測(cè)地球周圍的磁場(chǎng)環(huán)境。

超薄高分子膜組成16平方米的反射鏡

這顆衛(wèi)星由現(xiàn)年18歲的印度高三學(xué)生里法特·沙魯克和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，這是印度學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作品首次被NASA實(shí)際采用。不久前，NASA和全球性教育機(jī)構(gòu)“I Doodle Learning”面向?qū)W生舉辦了“太空立方體”比賽，要求參賽者規(guī)劃出一件小型太空設(shè)備，可以塞進(jìn)邊長4米的立方體內(nèi)，而且質(zhì)量不能超過64克。來自57個(gè)國家的青少年提交了8.6萬個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，沙魯克和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的衛(wèi)星脫穎而出，榮獲冠軍，被選為80個(gè)試驗(yàn)作品之一。

這顆邊長4厘米的碳化纖維立方體用3D技術(shù)打印而成，造價(jià)約1500美元（約合10000人民幣），重量僅64克，只有一枚雞蛋重。為了紀(jì)念印度航天先驅(qū)、前總統(tǒng)，他們將這顆衛(wèi)星命名為“卡拉姆號(hào)”。沙魯克的衛(wèi)星設(shè)計(jì)得到主辦方的好評(píng)，被稱為空間“多維數(shù)據(jù)集”。

“我們對(duì)全球許多不同的立方體衛(wèi)星做過研究，然后從頭開始設(shè)計(jì)，用一種名叫碳纖維增強(qiáng)聚合物的材料3D打印出來。這種聚合物在美國正在被開發(fā)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，可見它具有耐高溫、高強(qiáng)度的特性。”沙魯克向印度《商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)》記者介紹說，“我們?cè)O(shè)計(jì)的‘卡拉姆號(hào)衛(wèi)星是全球最細(xì)小輕巧的衛(wèi)星。”

沙魯克來自泰米爾納德邦的一個(gè)小鎮(zhèn)，現(xiàn)在是總部設(shè)在金奈的“印度太空青少年組織”的首席科學(xué)家。該組織致力于為印度兒童和青少年普及科學(xué)和教育。這不是他的第一項(xiàng)發(fā)明， 15歲時(shí)他曾參加由“印度太空青少年組織”主辦的“2015年印度青年科學(xué)家競(jìng)賽”，制作并升空的1200克氦氣球奪得第一名，他因此榮獲“2015年度印度青年科學(xué)家”稱號(hào)。該氦氣球攜帶有15種不同類型的傳感器、加速計(jì)、化學(xué)取暖器、全球定位系統(tǒng)（GPS）和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM），可用作氣象部門的氣象氣球，在低于兩公里的空中進(jìn)行氣象觀測(cè)，收集數(shù)據(jù)。

沙魯克從小就對(duì)科學(xué)感興趣，喜歡探索各種事物，尤其是鉆研世界各地的微型人造衛(wèi)星。父親在印度空間研究組織工作。他還清楚地記得自己5歲時(shí)，印度發(fā)射了一枚火箭，但遺憾的是發(fā)生了爆炸。沙魯克回憶道：“那時(shí)候我愛折疊紙火箭，但我的父親不讓我玩，說要么就擺弄真正的火箭。這啟發(fā)了我，從那時(shí)起我就渴望能有機(jī)會(huì)向太空發(fā)射火箭或衛(wèi)星?！?/p>

“讀9年級(jí)的時(shí)候，沙魯克就已經(jīng)向我提出了這個(gè)想法，”“印度太空青少年組織”負(fù)責(zé)人什里馬特伊·克薩恩博士說，“從那時(shí)起，我們就開始了這個(gè)項(xiàng)目，但是由于印度有不允許衛(wèi)星電話跟蹤這樣的規(guī)定，我們遇到了許多困難。然而最終政府還是對(duì)我們的項(xiàng)目大開綠燈，并鼓勵(lì)我們?nèi)?chuàng)造歷史。”

俄羅斯大學(xué)生

研發(fā)夜空中最亮的衛(wèi)星

在俄羅斯莫斯科國立羅蒙諾索夫大學(xué)（簡(jiǎn)稱莫斯科大學(xué)），一個(gè)大學(xué)生研制團(tuán)隊(duì)正在積極籌備，計(jì)劃把一顆名叫“Mayak”的人造衛(wèi)星發(fā)射到距離地球600千米的太陽同步軌道上。在俄語中，“Mayak”含有“燈塔”的意思。在到達(dá)太陽同步軌道之后，這顆人造衛(wèi)星會(huì)一直面對(duì)地球，展開自帶的超薄高分子膜，膜的厚度是人類頭發(fā)的二十分之一。薄膜可組成一個(gè)總面積為16平方米的反射鏡，鏡子呈金字塔狀。在反射光的作用下，“Mayak”有可能成為夜空中最閃亮的明星。它最亮?xí)r可以達(dá)到“-10等”（注：星等是指星體在天空中的相對(duì)亮度，也稱“視星等”，有正負(fù)值，一般數(shù)值越小，星星越亮，“-10等”已經(jīng)超過在地面上可見的最亮人造衛(wèi)星），亮度比金星最亮的時(shí)候還要亮上100倍。另外，大學(xué)生們還將給“Mayak”人造衛(wèi)星開發(fā)一套空氣動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)，用以改變航道來躲避太空垃圾。它將使用降落傘設(shè)計(jì)，可以確保在墜落地球大氣層時(shí)被徹底燒毀，不留下太空垃圾。

勇于創(chuàng)新的大學(xué)生

雖然“Mayak”人造衛(wèi)星只是大學(xué)生的業(yè)余作品，但有趣的是該項(xiàng)目在2014年和2016年間已經(jīng)開展過兩次眾籌?，F(xiàn)在已經(jīng)籌到了180萬盧布（約合21萬元人民幣），足以用作下一階段測(cè)試。俄羅斯聯(lián)邦航天局將“Mayak”人造衛(wèi)星列入“聯(lián)盟號(hào)（Soyuz-2 rocket）火箭”發(fā)射計(jì)劃，預(yù)計(jì)今年8月發(fā)射升空，屆時(shí)這顆“夜空中最亮的星”或許真的會(huì)成為所有人眼中的盛景。據(jù)悉，用于監(jiān)控森林火災(zāi)的Canopus-B遙感衛(wèi)星也安排在此次“聯(lián)盟號(hào)”火箭發(fā)射計(jì)劃之中。

然而，這個(gè)聽起來非常美好的項(xiàng)目也遭遇到激烈的批評(píng)之聲。天文學(xué)家尼克·霍維斯就強(qiáng)調(diào)：“這個(gè)計(jì)劃是非?；闹嚨模?yàn)椤甅ayak人造衛(wèi)星很可能將人們恢復(fù)黑暗夜空的努力毀于一旦。雖然早期控制夜間燈光的努力主要集中在保護(hù)專業(yè)天文學(xué)家和天文愛好者的觀測(cè)場(chǎng)所，但是現(xiàn)在越來越多的照明專家、環(huán)境團(tuán)體和生物醫(yī)學(xué)專業(yè)人士已經(jīng)意識(shí)到，光污染還會(huì)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的其他方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，最近大家的注意力集中在更為緊迫的問題上——被破壞的夜空會(huì)如何擾亂人類24小時(shí)的晝夜節(jié)律上?！?

而領(lǐng)導(dǎo)“Mayak”人造衛(wèi)星項(xiàng)目研制的亞歷山大·謝恩高表示：“雖然‘Mayak人造衛(wèi)星沒有任何科研目的，完全是為了‘裝點(diǎn)天空，但是我們還是堅(jiān)持要這么做。目的就是想打破人們對(duì)太空探索的固有印象，讓人們知道太空探索是一種非常令人興奮和有趣的東西。就目前來說，最重要的是要讓所有人都感興趣。 此外，我們還想告訴人們，這一行門檻沒那么高，透過‘Mayak人造衛(wèi)星可以令更多人去探索太空。如果你喜歡的話，也可以參與進(jìn)來?！?/p>

與其他眾籌活動(dòng)相同，“Mayak”人造衛(wèi)星項(xiàng)目還計(jì)劃開發(fā)一個(gè)手機(jī)應(yīng)用程序，將用于隨時(shí)為用戶發(fā)送衛(wèi)星定位。此外，該項(xiàng)目還有一項(xiàng)延伸目標(biāo)：在莫斯科航天博物館建造一個(gè)“Mayak”人造衛(wèi)星的四面體模型。在此之后，該團(tuán)隊(duì)希望能夠建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的大氣制動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以幫助“Mayak”以及其他衛(wèi)星在沒有反推進(jìn)火箭的幫助下，再次進(jìn)入大氣層并且能夠得到修復(fù)?！岸砹_斯對(duì)于反射鏡的探索淵源已久”，俄羅斯太空總署發(fā)言人維亞切斯拉夫·米哈伊里琴科指出，“‘Mayak人造衛(wèi)星計(jì)劃值得期待。吸引年輕人加入俄羅斯的太空事業(yè)是我們的首要目標(biāo)，我們一直樂于與大學(xué)合作，支持類似‘Mayak人造衛(wèi)星的太空計(jì)劃，希望未來能有更多學(xué)生投入到太空探索中來?！?/p>

實(shí)施“STEM項(xiàng)目”

非洲女中學(xué)生幫助造衛(wèi)星

2017年5月，南非米塔經(jīng)濟(jì)發(fā)展組織（Meta Economic Development Organization，以下簡(jiǎn)稱MEDO）的衛(wèi)星即將奔向宇宙。這是非洲第一顆民營衛(wèi)星，有望載入非洲航空航天發(fā)展史冊(cè)。它將繞著地球的極地軌道飛行，掃描非洲大陸地表，檢測(cè)這片大陸變化莫測(cè)的天氣。然而，出人意料的是，這顆衛(wèi)星竟是由南非10多名高中女生研發(fā)的。

MEDO正在南非實(shí)施鼓舞人心的“STEM項(xiàng)目”，吸引中學(xué)生加入科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域。這家民營機(jī)構(gòu)與一些成功和即將成功的企業(yè)家合作，得到著名的本地和跨國企業(yè)以及南非貿(mào)易與工業(yè)部對(duì)項(xiàng)目的資金支持。目前MEDO正在與各方面的專家合作，聘請(qǐng)美國著名的空間科學(xué)家本·馬爾菲拉斯博士進(jìn)行指導(dǎo)。MEDO不久前還與開普半島科技大學(xué)簽訂了一份合作協(xié)議，這所南非杰出的職業(yè)教育培訓(xùn)中心兩年前成功發(fā)射了衛(wèi)星TshipisoSat，現(xiàn)在正在從事其他幾個(gè)衛(wèi)星項(xiàng)目。

據(jù)MEDO太空計(jì)劃經(jīng)理卡拉·德-克勒克介紹說，MEDO想用衛(wèi)星做一件大事，但直到參觀訪問了美國摩爾海德州立大學(xué)空間科學(xué)中心之后，才最終形成了一個(gè)明確的想法——?jiǎng)?chuàng)立“女生STEM項(xiàng)目”。

“STEM項(xiàng)目”的活動(dòng)以兩種形式進(jìn)行：一是集中安排在周末的“SPACEPrep”電子車間，二是在學(xué)校放假期間開辦的一周“SPACETrek”夏令營。

其中“女生STEM項(xiàng)目”以“SPACETrek”夏令營為基地，讓這些女孩在車間里學(xué)習(xí)實(shí)用科學(xué)的基本知識(shí)，動(dòng)手制作電子產(chǎn)品。每個(gè)參與者可以在這里制作、安裝自己的機(jī)器人，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)作、光線和聲音操控。

“與大部分民營衛(wèi)星不同的是，這顆衛(wèi)星的負(fù)載實(shí)驗(yàn)室等部分交給女孩子去設(shè)計(jì)和完成。德-克勒克強(qiáng)調(diào)說：“在非洲，‘女生STEM項(xiàng)目僅僅是激勵(lì)女中學(xué)生進(jìn)入科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的開始。該項(xiàng)目計(jì)劃走出南非，讓納米比亞、馬拉維、肯尼亞和盧旺達(dá)的女孩也能從中獲益。”

在“SPACETrek”夏令營的實(shí)驗(yàn)中，女生們對(duì)低成本的小型CricketSat衛(wèi)星進(jìn)行編程，并使用高空氣象氣球?qū)⑺蜕咸炜?。她們憑此收集熱成像數(shù)據(jù)，完成了對(duì)旱澇等自然災(zāi)害的早期探測(cè)任務(wù)，反過來也有助于她們配置衛(wèi)星的負(fù)載實(shí)驗(yàn)室。一旦發(fā)射成功，衛(wèi)星會(huì)每隔48小時(shí)將收集的數(shù)據(jù)傳送回地球。

17歲女孩布里塔尼·布爾是“女生STEM項(xiàng)目”的一名成員，來自于鵜鶘公園高級(jí)中學(xué)?！跋Ｍ麑脮r(shí)衛(wèi)星能夠發(fā)送良好的信號(hào)，”她介紹說，“這樣我們就能獲得可靠的數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家判斷和預(yù)測(cè)未來非洲可能面臨的問題。我們經(jīng)常面臨很多諸如森林大火、干旱和洪水等自然災(zāi)害，但總是無法及時(shí)知曉。衛(wèi)星將首先用于農(nóng)作物監(jiān)測(cè)，讓我們了解什么地方更適合種植糧食、樹木和植被，并為監(jiān)控偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)作物提供方案。”

16歲的瑟?！っ汕瑔⑺纪咭彩琼?xiàng)目組成員，就讀于腓立比高級(jí)中學(xué)。她出身于一個(gè)單親家庭，母親是一位家政工。蒙乾啟思瓦認(rèn)為，南非經(jīng)歷過最為嚴(yán)重的旱澇災(zāi)害，但很多時(shí)候并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。對(duì)非洲來說，衛(wèi)星的應(yīng)用是一個(gè)全新的領(lǐng)域，在改變經(jīng)濟(jì)方面能夠起到積極的作用?！霸谌祟愄剿饔钪鏆v程的近半個(gè)世紀(jì)里，非洲居民一直只是旁觀者。”蒙乾啟思瓦表示，“我決心改變這一現(xiàn)狀，成為一名空間工程師或宇航員，讓母親感到驕傲?！?/p>

布爾補(bǔ)充道：“非洲開始行動(dòng)起來了，我要告訴同齡的女孩們，不應(yīng)為自己的性別設(shè)定條條框框，可以從事包括航空航天在內(nèi)的任何自己喜歡的工作?！?