李忠東

印度高中生

設(shè)計全球最輕衛(wèi)星

2017年6月21日，在震耳欲聾的轟鳴聲中，“卡拉姆號”和其他參與實驗的衛(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)射和收回進程中的惡劣環(huán)境。一旦通過測驗，這無疑將變成3D打印技術(shù)的一個新的里程碑。“卡拉姆號”衛(wèi)星在發(fā)射后將進入亞軌道飛行，整個任務(wù)時長4小時。在這段時間內(nèi)，衛(wèi)星將在太空微重力環(huán)境中運行12分鐘。衛(wèi)星內(nèi)部攜帶了新型的車載計算機和8個本地內(nèi)置的傳感器，可實時傳輸衛(wèi)星狀況，測量衛(wèi)星線速度、角速度等數(shù)據(jù)，檢測地球周圍的磁場環(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歲的印度高三學生里法特·沙魯克和他的團隊設(shè)計，這是印度學生的實驗作品首次被NASA實際采用。不久前，NASA和全球性教育機構(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個國家的青少年提交了8.6萬個設(shè)計項目，沙魯克和他的團隊設(shè)計的衛(wèi)星脫穎而出，榮獲冠軍，被選為80個試驗作品之一。

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”。沙魯克的衛(wèi)星設(shè)計得到主辦方的好評，被稱為空間“多維數(shù)據(jù)集”。

“我們對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，用一種名叫碳纖維增強聚合物的材料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)動機上，可見它具有耐高溫、高強度的特性。”沙魯克向印度《商業(yè)標準報》記者介紹說，“我們設(shè)計的‘卡拉姆號衛(wèi)星是全球最細小輕巧的衛(wèi)星?！?/p>

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

沙魯克從小就對科學感興趣，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，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，從那時起我就渴望能有機會向太空發(fā)射火箭或衛(wèi)星。”

“讀9年級的時候，沙魯克就已經(jīng)向我提出了這個想法，”“印度太空青少年組織”負責人什里馬特伊·克薩恩博士說，“從那時起，我們就開始了這個項目，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我們的項目大開綠燈，并鼓勵我們?nèi)?chuàng)造歷史?！?/p>

俄羅斯大學生

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（簡稱莫斯科大學），一個大學生研制團隊正在積極籌備，計劃把一顆名叫“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。在到達太陽同步軌道之后，這顆人造衛(wèi)星會一直面對地球，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。它最亮時可以達到“-10等”（注：星等是指星體在天空中的相對亮度，也稱“視星等”，有正負值，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候還要亮上100倍。另外，大學生們還將給“Mayak”人造衛(wèi)星開發(fā)一套空氣動力制動系統(tǒng)，用以改變航道來躲避太空垃圾。它將使用降落傘設(shè)計，可以確保在墜落地球大氣層時被徹底燒毀，不留下太空垃圾。

勇于創(chuàng)新的大學生

雖然“Mayak”人造衛(wèi)星只是大學生的業(yè)余作品，但有趣的是該項目在2014年和2016年間已經(jīng)開展過兩次眾籌。現(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試。俄羅斯聯(lián)邦航天局將“Mayak”人造衛(wèi)星列入“聯(lián)盟號（Soyuz-2 rocket）火箭”發(fā)射計劃，預(yù)計今年8月發(fā)射升空，屆時這顆“夜空中最亮的星”或許真的會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”火箭發(fā)射計劃之中。

然而，這個聽起來非常美好的項目也遭遇到激烈的批評之聲。天文學家尼克·霍維斯就強調(diào)：“這個計劃是非?；闹嚨?，因為‘Mayak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專業(yè)天文學家和天文愛好者的觀測場所，但是現(xiàn)在越來越多的照明專家、環(huán)境團體和生物醫(yī)學專業(yè)人士已經(jīng)意識到，光污染還會對現(xiàn)代社會的其他方面產(chǎn)生深遠的影響，最近大家的注意力集中在更為緊迫的問題上——被破壞的夜空會如何擾亂人類24小時的晝夜節(jié)律上?！?

而領(lǐng)導(dǎo)“Mayak”人造衛(wèi)星項目研制的亞歷山大·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‘裝點天空，但是我們還是堅持要這么做。目的就是想打破人們對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，也可以參與進來?！?/p>

與其他眾籌活動相同，“Mayak”人造衛(wèi)星項目還計劃開發(fā)一個手機應(yīng)用程序，將用于隨時為用戶發(fā)送衛(wèi)星定位。此外，該項目還有一項延伸目標：在莫斯科航天博物館建造一個“Mayak”人造衛(wèi)星的四面體模型。在此之后，該團隊希望能夠建立一個實驗性的大氣制動系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以幫助“Mayak”以及其他衛(wèi)星在沒有反推進火箭的幫助下，再次進入大氣層并且能夠得到修復(fù)?！岸砹_斯對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，我們一直樂于與大學合作，支持類似‘Mayak人造衛(wèi)星的太空計劃，希望未來能有更多學生投入到太空探索中來。”

實施“STEM項目”

非洲女中學生幫助造衛(wèi)星

2017年5月，南非米塔經(jīng)濟發(fā)展組織（Meta Economic Development Organization，以下簡稱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。它將繞著地球的極地軌道飛行，掃描非洲大陸地表，檢測這片大陸變化莫測的天氣。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正在南非實施鼓舞人心的“STEM項目”，吸引中學生加入科學和數(shù)學領(lǐng)域。這家民營機構(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)部對項目的資金支持。目前MEDO正在與各方面的專家合作，聘請美國著名的空間科學家本·馬爾菲拉斯博士進行指導(dǎo)。MEDO不久前還與開普半島科技大學簽訂了一份合作協(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衛(wèi)星項目。

據(jù)MEDO太空計劃經(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空間科學中心之后，才最終形成了一個明確的想法——創(chuàng)立“女生STEM項目”。

“STEM項目”的活動以兩種形式進行：一是集中安排在周末的“SPACEPrep”電子車間，二是在學校放假期間開辦的一周“SPACETrek”夏令營。

其中“女生STEM項目”以“SPACETrek”夏令營為基地，讓這些女孩在車間里學習實用科學的基本知識，動手制作電子產(chǎn)品。每個參與者可以在這里制作、安裝自己的機器人，并實現(xiàn)動作、光線和聲音操控。

“與大部分民營衛(wèi)星不同的是，這顆衛(wèi)星的負載實驗室等部分交給女孩子去設(shè)計和完成。德-克勒克強調(diào)說：“在非洲，‘女生STEM項目僅僅是激勵女中學生進入科學和技術(shù)領(lǐng)域的開始。該項目計劃走出南非，讓納米比亞、馬拉維、肯尼亞和盧旺達的女孩也能從中獲益?！?/p>

在“SPACETrek”夏令營的實驗中，女生們對低成本的小型CricketSat衛(wèi)星進行編程，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)，完成了對旱澇等自然災(zāi)害的早期探測任務(wù)，反過來也有助于她們配置衛(wèi)星的負載實驗室。一旦發(fā)射成功，衛(wèi)星會每隔48小時將收集的數(shù)據(jù)傳送回地球。

17歲女孩布里塔尼·布爾是“女生STEM項目”的一名成員，來自于鵜鶘公園高級中學?！跋Ｍ麑脮r衛(wèi)星能夠發(fā)送良好的信號，”她介紹說，“這樣我們就能獲得可靠的數(shù)據(jù)，幫助科學家判斷和預(yù)測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，但總是無法及時知曉。衛(wèi)星將首先用于農(nóng)作物監(jiān)測，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)控偏遠地區(qū)的農(nóng)作物提供方案?！?/p>

16歲的瑟桑·蒙乾啟思瓦也是項目組成員，就讀于腓立比高級中學。她出身于一個單親家庭，母親是一位家政工。蒙乾啟思瓦認為，南非經(jīng)歷過最為嚴重的旱澇災(zāi)害，但很多時候并不能及時發(fā)現(xiàn)。對非洲來說，衛(wèi)星的應(yīng)用是一個全新的領(lǐng)域，在改變經(jīng)濟方面能夠起到積極的作用?！霸谌祟愄剿饔钪鏆v程的近半個世紀里，非洲居民一直只是旁觀者?！泵汕瑔⑺纪弑硎?，“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>

布爾補充道：“非洲開始行動起來了，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。”