一颗小卫星,展开动作却很大

日本航天计划再次将一颗受折纸启发的航天器送入轨道,这一次是一颗 10 厘米立方星,设计目标是在轨展开一副反射阵列天线,展开后面积约为折叠状态的 25 倍。

这颗名为 OrigamiSat-2 的卫星于 4 月 23 日作为日本宇宙航空研究开发机构创新卫星技术示范计划的一部分发射升空。升空约 53 分钟后,Kakushin Rising 任务将 8 颗小卫星部署到距地球约 540 公里的太阳同步轨道。

更大的任务携带了多种实验载荷,涉及地震探测、海洋监测、多光谱成像以及其他目标。但 OrigamiSat-2 尤为突出,因为它瞄准的是航天工程最古老的约束之一:如何把一个大型功能结构塞进极小的发射体积中。

为什么折纸总会回到航天工程

折纸在航天中的价值并不在于审美,而在于经济性和机械性。发射成本高,容积稀缺,而能够平整折叠、并在入轨后可靠展开的硬件拥有明显优势。尤其是立方星,迫使工程师把每一立方厘米都用到极致。

JAXA 的最新示范基于日本工程领域一条悠久的折叠理念谱系。原文提到 Miura 折叠,它由三浦公亮博士于 1970 年在可展开空间结构研究中开发。后来,这种折叠模式搭载于日本的 Space Flyer Unit,在 1990 年代其收纳太阳能板在轨展开。

这段传承很重要,因为基本问题并没有改变。卫星需要更大的天线、帆板、太阳能板和传感表面,而发射整流罩并不会慷慨地提供这些空间。折叠策略提供了一种方式,可以运输紧凑载荷,然后在之后把它们变成大得多的工作系统。

OrigamiSat-2 正在测试什么

OrigamiSat-2 使用了一层双层薄膜,在发射时折叠,入轨后展开。其收纳状态下,航天器仅有 10 厘米宽,约相当于一个 CubeSat 单元。展开后,其反射阵列天线会大幅扩展。

采用反射阵列天线意义重大,因为通信和感知性能往往会随着天线口径增大而提升。对小卫星而言,这会带来航天器尺寸与任务能力之间的持续权衡。可展开天线有助于缓解这一矛盾。

JAXA 实际上是在测试:一个非常小、低成本的平台,是否能够搭载在太空中表现得更像大型航天器的硬件。如果成功,这种方法可能会影响未来通信载荷以及其他可展开系统的设计,因为发射时紧凑、在轨后规模更大这两点都很重要。