9月22日10时42分，我国酒泉卫星发射中心，“长征二号丁”运载火箭成功搭载发射了浙江大学研制的两颗“皮星一号A”卫星。13分钟之后，星箭成功分离入轨，地面接收站不仅监测到了数据信号，当“浙江大学校歌”声从星际传回发射现场，总指挥兴奋地与浙大研究人员握手、拥抱。
    
    截至日前，这颗中国最小的卫星圆满完成全部技术试验任务。这意味着中国首颗皮卫星发射成功，天上的“小精彩”从此有了中国的声音。
    
    挑战微小型化
    
    凭一颗普通电珠发光所需的功率（3.5瓦），这个外形为边长15cm的立方体，重3.5kg的皮星一号A卫星要在空中完成测控通信、姿态控制、照相、数据存储和管理、热控等多项综合任务。这是浙江大学微小卫星研究中心主任、浙大信电系教授金仲和项目团队10年前没有想到的事。
    
    10年前，金仲和的博士论文《低温薄膜晶体管及其相关材料研究》在2000年被评为全国百篇优秀博士论文，那时，他和导师王跃林教授的主要研究方向是MEMS（微电子机械系统）和传感器。
    
    2000年，浙大信电系王跃林教授就任中国科学院上海微系统与信息技术研究所一室主任，并作为首席科学家主持国家973项目“集成微光机电系统”，进行微小型传感器和执行器的研究。在项目策划时，王跃林及其研究团队设想将所研究器件的应用目标之一定位在航天领域，以推动我国航天器部件的微小型化。为此，与卫星研制单位探讨了MEMS器件在卫星上进行试用的想法。然而，由于卫星对可靠性要求极高，卫星研制单位均表示将刚刚完成研究的MEMS器件在卫星上进行试用有较大难度。
    
    在2000年初，美国斯坦福大学研发的世界上第一颗皮卫星发射成功并正常工作，仅重245克。这给了项目组很大启发，他们产生了一个大胆的想法：自主研发一颗皮卫星，让我们的部件能够搭乘在自己的卫星上，上天试验。
    
    2000年前后，美国、欧洲、日本等国家已陆续开始进行公斤级卫星——皮卫星的研发，但在中国这仍是个全新的概念。当时卫星任何一个部件的重量都超过皮卫星的重量，例如作为卫星的必备部件---测控应答机的重量就在10kg左右，功耗也超过皮卫星整星可能提供的全部功率。要研制皮卫星，就得从必备部件的微小型化开始。“我们要把它做成几十克。”金仲和与同事通过调研后，确定了应答机微小型化的目标和技术路径。
    
    2001年，浙大和中科院上海微系统与信息技术研究所的科研人员开始行动了：那年，“MEMS皮卫星”成为973项目“集成微光机电系统”的第10个课题，目标锁定在皮卫星研发。同年，金仲和就皮卫星项目申报教育部全国优秀博士论文获得者专项基金被批准，研究经费为70万元，这笔经费和973项目经费成为浙大科研人员自由探索皮卫星研制的经费来源。浙大与上海微系统所签订合作协议，成立联合课题组，浙大负责应答机及电子系统研究，微系统所负责卫星总体研究。这项合作持续了三年多。
    
     “现在回想起来，确实有无知者无畏的味道。”金仲和说当时的他们并不知道，这一脚迈出去，这条路要走多远，前面究竟会有什么风险。
    
    最初的研究，是金仲和与信电系的三位研究生开始的。原始创新，就意味着是从零开始。项目得到了全国相关单位众多学科专家的鼎力相助，项目也聘请了多位退休的航天专家，例如航天八院从事结构设计的高级工程师邹玉定专家。
    
    2003年，第一颗接近球形的皮卫星原型样机出炉，当时课题组第一位研究生徐贻斌已经基本完成了应答机的原理设计，与传统应答机相比，其电路结构大大简化，奠定了应答机微型化的基础。但原理样机中主要技术指标尚不能满足工程要求。接下来的几年中，设计被不断改进。国内从事测控总体、设备研制各单位的许多专家对该项研究提供了大量帮助。2007年，除可靠性和个别指标外，应答机终于研制完成。2009年完成了可靠性设计和验证，并搭载在航天东方红卫星有限公司的希望一号微小卫星上进行了空间试用。这是皮卫星研究中最早成熟的关键部件。
    
    此刻，正在离地球表面650公里之外运行的皮星一号A，它的应答机只有70克重。“新技术有新风险，我们稍稍胆子大了点，敢用很多新的微型器件，降低了体积、能耗和重量。”课题组成员郑阳明副教授说。
    
    国家战略下的大学责任
    
    2004年，皮卫星课题组遇到了成立以来第一次大的波折。中科院上海微系统所由于有新的工作安排，决定在完成973项目后不再继续皮卫星的研究工作。浙江大学剩余的研究力量显得形单影只。
    
    那是金仲和最难熬的一年。因为很多人对他说，光凭一个教授和几个学生是做不了整星研制的，只能做一些单项研究。强烈的国家责任使困惑中的研究团队不言放弃。
    
    在一次去德国参加国际学术研讨会的途中，王跃林、金仲和把项目组的研究设想和担忧告诉了时任浙大微系统交叉研究中心主任的浙大党委常务副书记陈子辰。会间，三人深夜长谈，仔细分析了皮卫星研制的目标和现状，尤其是国际现状和国家目标、浙江大学的优势、研究团队面临的困难。那时斯坦福大学已经制定完成了皮卫星研制标准，而在中国，这项研究尚处于起步阶段。作为一所多学科的综合性大学，主动对接国家重大战略目标、对接国际科技前沿是科学家的责任，同时，在需要多学科协同作战的大目标下，浙江大学的多学科优势将会得到明显凸现。
    
    在研究团队路遇狭道之时，“关于皮卫星研究”的议题很快在浙大党委常委会上达成一致意见，确立了服务国家创新目标、“原始创新+多学科集成创新相互结合”、“行政指挥系统+技术指挥系统双轨并行”的研发组织系统。校党委书记张曦强调，围绕国家重大战略目标开展科研工作，是学校的“一号工程”。学校的一切工作都要为科学研究和创新人才培养服务。
    
    至此，这一以学者的科学自由探索起步的项目，在国家目标下，完成了它的华美升华。从此，“国家目标”成为一面旗帜，不论组内组外、不论校内校外，不论顺境还是逆境，有无数人为它贡献自己的智慧和力量。
    
    2005年12月，学校研究决定，将皮卫星项目列为学校重点项目，成立了以陈子辰常务副书记为总指挥的行政指挥线，校科研院、先进技术研究院负责日常事务处理，全力参与皮卫星项目的对外协调、项目管理、进度和质量监督等工作。汪乐宇、吴丹青、史红兵、金钢等一批学校科研管理干部全面参与到皮卫星研制的组织管理和服务工作中。信电系、机械系、光电系等各个院系的研究力量组成了多个学科研发团队，分工合作，攻艰克难。时任浙江大学校长潘云鹤教授向主管部门递交了搭载发射皮卫星进行空间试验的申请报告。
    
    学校聘请了卫星总体、测控、姿控、热控、结构、工艺等各方面专家担任项目组顾问，积极寻求国家相关部门、研究机构的支持。各相关单位的大力支持为接下来皮卫星的顺利搭载奠定了良好的基础。浙大科研院金钢副部长说，“航天工程即使一个小错误都会放大成为毁灭性的破坏，形成数亿甚至数十亿元的损失，事关国家利益。谨慎和质疑，都是必须的。粗粗统计一下，在学校的支持下，为论证风险，2006年课题组成员在北京、西安、上海、杭州来回奔波，为了这个项目，先后在四地开过的论证会不下百场，近百位航天界的领袖级科学家多次参加认证会。没有他们的加盟，浙大不可能成功。”金仲和记得，论证最紧张的那一段时间，他一个星期去了三趟北京。更让他感动的是，老专家们有求必应，一次次地参加论证，按照航天工程的要求提出意见和建议。
    
    2007年1月，浙江大学成立了航空航天学院，在院长沈荣骏院士提议下，学校在原有皮卫星团队的基础上，成立了微小卫星研究中心。
    
    沈荣骏院士在航空航天界可谓德高望重。他来到浙大后，把航天工程严谨的管理体系和工作作风带到了浙大。他亲自指导微小卫星研究中心工作，手把手、一个环节一个环节地指导，使微小卫星研究中心的工作走向规范化。金仲和说，“这一点非常关键。科学研究与工程研究不一样，一般的工程研究与航天工程不一样。我们国家的航天事业从无到有，到今天立于世界强手之林，就是老一代航天人日继一日、精益求精地干出来的，皮卫星是‘小’，但除了‘小’，所有标准都要参照航天工程的要求来进行。”
    
    几年来，课题组队伍的学科背景越来越丰富多样，分工越来越细致，光电系白剑教授团队研制的360全景相机、机械系徐月同副教授团队研制的分离装置……全校电子、机械、航天、控制、光学、力学、能源甚至化学等多个领域的教师都为该项目做出了贡献。
    
    “参照”航天标准“归零”
    
    “参照航天标准”，是项目组2007年皮卫星首次上天失利，总结教训之后提出的。“参照……”与“按……”有什么区别？金仲和说，“有很大不一样。我们目前做到的，只能说是‘参照’。‘按航天标准’，是我们的目标，但我们还没有做到。”
    
    2007年5月25日，皮卫星搭载火箭发射升空。入轨后，大家等来的却是一个令人伤心的结果：未能接收到来自皮卫星的信号。西安卫星测控中心组织力量经过10天的努力，也没有接收到来自皮卫星的任何信息。
    
    在微小卫星研究中心实验室，有一面警示墙，墙上写着这样一段话：“搞航天装备要有强烈的航天意识和管理程序、手段、方法。失利了，要认真总结，不是小修小补的问题，要全面整治，否则还要交学费。”这是航天领域一位德高望重的领导在皮卫星失利后说的一句话。郑阳明说。“我们把它放大了挂起来，就是要时时提醒自己。”
    
    皮卫星发射失利后，学校并未放弃，而是加大投入和管理力度，鼓励项目组继续努力。校长杨卫带领相关部门负责人专门听取项目组汇报，一起总结经验教训，要求项目组静下心来，按照航天要求，努力工作。他在全校中层干部扩大会议上强调，学校一定要做好皮卫星项目，保证皮卫星入轨正常运行。
    
    “那是一次刻骨铭心的教训，但从发射现场回来时，我们就打算还是要继续干下去。”金仲和说，回来后，在学校组织下，课题组马上开始了卫星的故障归零工作。
    
    “归零”，是航天研制部门的常用术语。王慧泉博士是总体组成员，归零是其负责的重要工作内容之一。他介绍，“归零”有五条原则，第一是定位准确，清晰地找到问题所在；第二是机理清楚，分析清楚导致问题的机理和过程；第三是故障复现，不是解决问题就好了，而要能够在设定条件下让问题重复出现；第四是措施有效，即是要通过充分的测试，验证改进措施确实解决了问题；第五是举一反三，对于航天企业，主要是指这个产品中出现的问题，需要查清在其他产品中是否存在相同的问题，而在皮卫星中，举一反三是指某个部件中出现的问题，在整星其他部件中是否存在相类似的问题。2007年的那次“归零”，全面复查了卫星的设计图纸、拆开正样备份星检查布局布线、对可能出现的故障构建故障树，按照故障树中的可能问题进行试验。
    
    在实验室的库房里，满满当当存放着一房间资料，那是课题组每一个工作流程和技术环节的详细“日志”，在“归零”阶段，课题组就要“重翻旧账”，追查过去工作中可能存在的失误。
    
    “从2007年5月以后到2007年底的这大半年，我们一直在做‘归零’。拜访了很多专家，请他们提供一些好的建议。”也就是在这段日子里，项目组的每一个成员都深刻领悟了“做科学”与“做工程”，特别是“航天工程”的差异——“航天工程”，需要的不仅仅是“奇思妙想”，更需要“一丝不苟”、更需要“废寝忘食”、更需要“团队精神”。
    
    2007年11月底，学校在杭州组织召开了“皮卫星故障归零暨皮星一号A卫星设计方案评审会”，对皮卫星搭载发射故障进行分析、总结，根据故障分析，对皮卫星进行全面的设计改进。在随后展开的皮星一号A卫星研制过程中，课题组吸取教训，特别加强了工艺控制和管理。“从2007年到现在三年了，我们一步步踏踏实实走过来，工艺和可靠性上得到了极大提高。”郑阳明说。
    
    承担皮卫星机械结构、分离机构和热控设计工作的吴昌聚老师对“归零”有刻骨铭心的记忆。2009年的10月中旬，皮星一号A初样开始做鉴定级试验。在完成力学环境试验后，皮卫星在分离试验中卡住了，卫星有三分之一没有顺利弹出。“‘归零’过程中，课题组分析了多种可能的原因，包括卫星底面电缆突出太高形成刮擦、舱门反弹、分离机构导轨润滑程度降低等。这些问题解决后，又反复试验，确认可以正常分离。在正式的鉴定级试验中，常温和高温下试验都没有问题，我们差点以为问题已经解决了。但是在低温下分离试验中，舱门打开过程出现了异常停顿。看来当时的‘归零’还不够彻底。”
    
    低温试验中，吴昌聚按捺不住，直接钻进了零下40摄氏度的试验箱中观察。又做了11次试验，8次成功，3次有停顿。通过近距离观察，他终于发现是因为一个凸轮的结构设计不合理引起的。由于温度太低，每做三轮试验吴昌聚就要跑出来调整一下。但问题终于查清了，继续分析、改进、验证之后，项目组再次去航天八院做鉴定级试验。
    
    今年6月初在航天八院进行了正样星出厂试验，“那是我从事科研工作以来最紧张的一次。这是上天前的最后一次试验，不能有任何差错。”这次测试过程中，卫星每次都顺利出舱，吴昌聚那颗悬着的心终于落下了。
    
    “‘未知的风险是最大的风险’，这是我们最深切的体会。我们只有把所有可能出现的问题都排查测试清楚，才能确保产品的可靠性”，郑阳明说。在没有航天产品研发经验的情况下，皮卫星课题组多方求教，在航天各部门的相关专家协助下，反复论证，在2007年至2010年3年间，皮卫星课题组共解决测试过程中所有设想和发现的六百八十多个异常现象，确保皮卫星系统的可靠性。
    
    天上的“小”精彩有了中国的声音
    
    2010年3月至2010年6月，微小卫星研究中心完成了3颗正样星总装，并对正样星完成了电性能详细测试和各项环境试验。2010年6月24日，完成了出厂评审，皮卫星待命出厂。
    
    2010年8月28日，浙江大学组织试验队进入酒泉卫星发射中心，对2颗发射星进行最后的性能测试和状态检测。2010年9月22日， 皮星一号A01和02随运载火箭发射升空，到达预定轨道后成功分离入轨，不久，地面接受站收到了卫星传回的声音——浙大校歌。截至2010年9月29日，2颗皮卫星在轨道上连续正常工作7整天以上，下传了大量珍贵的在轨测试数据和照片，完成了任务要求的全部试验项目。“皮星一号A”研制任务取得圆满成功。
    
    皮星一号A是目前我国首颗完全自主研制的最小卫星。它具备卫星热控、姿控、测控、能源、星务管理等多项功能。对皮卫星携带的半球成像全景光学相机、MEMS加速度传感器和角速度传感器进行了飞行试验，检验了其空间环境条件的适应性。对新型太阳能电池在空间环境中的性能进行了测试。
    
    这些天来，皮星一号A卫星每96分钟绕地球一周，它每天会从太空传回两组数据。读到这些数据，负责热真空试验的郑阳明非常欣慰：“从现在的结果看，天上返回的温度数据，和我们当时地面测试的结果非常吻合。”
    
    卫星在上天之前，必须经过模拟太空环境的试验。其中，热真空试验需要一个真空设备，这一设备必须满足两个条件：内部抽真空、内壁温度达到零下170摄氏度，这一温度必须采用液氮管路冷却才能实现。信电系王德苗等老师设计制作了真空系统，并协助课题组完成了液氮管路的设计。但该系统在通入液氮时出现了持续漏气现象，在航天相关专家及王德苗等老师的帮助下，课题组经过多次试验探索，终于解决了这一问题。整个热真空试验设备的研制花费了大约一年时间。
    
    研发设备很艰苦，用设备更艰苦。仅仅对于大家体能的考验就已逼近极限。为了测得卫星在各种“工况”下的温度数据，需要做长期测试，最长的一次持续了20多个昼夜。维持低温需要用到大量液氮，每罐液氮只能用4到5小时。液氮存放仓库离实验室不远，只有400米距离，液氮的空罐180公斤，如果装满液氮是300多公斤，重心很高，需要四个“壮劳力”小心翼翼协作推行。这400米的路途有不少高低坡，还有几个台阶，为了方便推送，在台阶上专门搭了一个铁制的斜坡，现在，这个“人造斜坡”上已经布满了密密麻麻的“挪”痕。负责管理液氮的张老师和申屠老师已习惯在夜里11、12点被这些年轻人“吵醒”。
    
    “工程上的数据真是来之不易啊，是一点一点熬出来的。”郑阳明感慨的说。这个团队核心成员中，金仲和是唯一的“70”人，皮卫星伴随了他从“而立”走向“不惑”；郑阳明、吴昌聚、王昊、金小军是70后，其余的，都是80后了。这个团队的平均年龄是30岁。为了“国事”，他们把“家事”都放下了。同事说，郑老师的妻子和儿子在外地，儿子出生后，极少有机会见到爸爸，儿子发烧生病也都无法回家看望。为了皮卫星，“熬”已经成为课题组成员的生活常态。王慧泉、王昊均是新婚燕儿即赶回投入到紧张的科研任务中；吴昌聚、张朝杰和刚出生的儿女相聚时间寥寥无几。王春晖和金小军常年辛劳，才二十几岁就先后患上了严重的腰椎间盘脱出，但即使卧病在床，仍然坚持做分析和设计复查工作。
    
    目前，课题组已初步摸索出了一套适合于皮卫星的研制技术流程和可靠性保证方法，在推动我国微小卫星向前发展的道路上迈出了坚实的一步。
    
    近年来，国际上皮卫星的研究已开始进入有明确应用目标的研究阶段，如地震监测、空间探测、短数据通信等。皮卫星由于研制投入比较小，
    
    特别是当形成皮卫星设计标准后，这一投入将会更小。一方面，利用皮卫星可以进行大量的新技术、新器件演示试验，从而有力促进航天技术的发展；另一方面皮卫星研究吸引了许多高校和研究机构参与到航天技术的研究中来，这样在投入不大的情况下，可为航天领域带来大量的创新思想，同时也为航天领域培养大批复合型、创新型人才。
    
    这令浙大的科研人员觉得责任重大。浙大副校长吴朝晖说，下一步，学校将整合航空航天学院、信电系等相关学科的研发力量，做实微小卫星研究中心，一方面致力于航天领域新技术的开发，如小型化部件、算法、方案等，推动我国微小型卫星发展；二是要充分运用现有技术，针对具体应用目标开展应用型皮卫星研究，如进行大气掩星测量、空间粒子探测等；此外，中心还将结合学校多学科资源，以皮卫星为试验平台，将浙江大学各学科的基础研究成果引入到航天领域，以促进航天领域的技术革新，使学校在中国航天事业中发挥更大作用。
    
    9月28日，学校党委常委会召开专题会议，听取皮卫星发射工作汇报。校党委书记张曦意味深长地说，皮卫星发射成功“长了浙江大学的志气。”这次研制和发射取得成功，有四个方面的主要原因：一是浙江大学始终坚持对接国家重大战略目标、对接国际科技前沿的“两个对接”科研工作方针；二是科技工作者十年磨一剑、默默无闻、顽强拼搏；三是团队合作、相互配合，发挥浙大学科综合优势；四是学校深化科研体制机制改革、激发科研人员创新活力。他鼓励研究团队“再接再厉，乘胜前进。”
    
    (周炜 欣文)