谁在玩转卫星

刘进军

位于美国加利福尼亚州旧金山海湾南端的圣塔克拉拉市境内，有一座私立的天主教大学——圣塔克拉拉大学。成立于1851年的圣塔克拉拉大学是加州历史最悠久的高等学府，迄今已有170年的历史。圣塔克拉拉大学坐落于世界闻名的硅谷的心脏地带，毗邻有着“科学家的摇篮”之称的美国斯坦福大学。圣塔克拉拉大学是一座研究型大学，其办学目标是帮助塑造下一代领导人和全球思想家。

1997年，圣塔克拉拉大学工程学院的6名女生成立了“月亮女神”团队，决心研制世界上最小的卫星，也是世界上第一颗大学生卫星。为此，她们提出了“月亮女神号”卫星计划，简称“月神号”卫星计划。她们为每颗卫星筹集了约5000美元。

“麻雀虽小，五脏俱全。”卫星虽小，但功能和部件却一个也不能少。女生们只能利用市场上能买到的零件制造卫星。经过千辛万苦的钻研，女生们终于将卫星基本组装好了。一天，特丽萨小声地提出：“现在，我们需要一种能在太空自动打开的通信天线，用于收发信号。”对此，阿曼达和布兰琪信心百倍地认为：“这个好像不难，一定能找到。”

但结果却非常令人遗憾！在市场上，这种天线很难找到。为此，布兰琪提议道：“我们咨询一下美国宇航局的专家吧，他们一定能帮助我们解决难题。”

之后，女生们得到了美国宇航局科学家的回复：“卫星上常用的通信天线分为3种，即C频段天线、Ku频段天线和Ka频段天线。你们的低轨道卫星适用S频段天线。这种甚低频频段的接收频率范围为3～30千赫，要用杆状天线或拉杆天线。”

听闻专家的解答，安妮一脸愁容：“怎么办？大卫星的天线有一套精密灵活的机构和系统，十分复杂，且价格昂贵。我们的小卫星根本无法装载。”桃乐丝也皱起了眉头：“是啊！小卫星不可能装载这套庞大、贵重的机构。”布兰琪甚至还落泪了：“小卫星的自重只相当于大卫星的一个小零件，这可怎么办？”

怎么办呢？如果自行设计研制一种能折叠，又能自动打开的天线，就需要应用机械、电子、通信和遥控等很复杂的结构和程序，那么卫星的重量和体积将大大超过卫星本身，还不能保证天线一定能在太空打开。这下可难坏了“月亮女神”团队的女生们。

科学，不钻牛角尖！科学的一大功能就是将复杂的问题简单化。一位哲学系的女生阿曼达将天线归纳为几个特性：导电、折叠、弯曲、缠绕、坚韧、柔性、弹性和打开等特性。她们必须寻找到具有这种特性的部件，但具备这种特性的部件在哪儿呢？

一天，阿曼达一边嘴里嘟囔着天线的特性，一边整理着卫星的各个部件。当她将一个小榔头随手扔入工具箱时，突然一只钢卷尺被弹了出来。她顿感眼前一亮，兴奋地说道：“钢卷尺！它不就具备这些特性吗？天哪，远在天边，近在眼前！”

天无绝人之路！钢卷尺就是最好的天线。钢卷尺经过导电、频率、阻抗、增益、辐射方向图、极化、效率和带宽等验证，证明钢卷尺的通信效果很好。 从导电到缠绕，是思维方式的一小步，却是制造卫星的一大步。想象力比知识更重要！

女生們计划采用一个小五金店里买来的钢卷尺充当3颗卫星的天线。女生们将卷尺的钢皮弯曲、缠绕和包裹在卫星外面。当进入太空后，卫星从分离机构弹出，就自动弹开了钢卷尺，天线便可毫无悬念地打开了。这样的设计既简单又保险，绝不会出错。

“月神号”卫星分别被命名为“塞尔玛号”、“露易丝号”和“嘉科号”，它们都携带有太阳能电池和可展开的天线。其中“塞尔玛号”卫星重0.5千克，宽0.2米，长0.3米;“露易丝号”卫星重0.5千克，宽0.2米，长0.3米;“嘉科号”卫星重0.2千克，宽0.1米，长0.2米。这3颗卫星总重为1.2千克，只占约0.4升的空间，设计寿命为15天。

“塞尔玛号”和“路易丝号”卫星的科学任务是试验卫星在极端恶劣环境中的生存情况，闪电对卫星外电离层的影响，以及测量甚低频无线电信号。“嘉科号”卫星的科学任务是试验信标发送机、卫星广播和地面的接收能力。

2000年1月27日，美国空军从范登堡空军基地发射了“牛头怪-1”型火箭，将女生们设计的3颗小卫星在内的11颗卫星送入太空。当火箭发射升空后，3颗小卫星进入了近地点750千米，远地点805千米，轨道倾角100.22°，轨道周期99.6分钟的轨道。至此，世界上第一颗大学生卫星，也是世界上第一颗女大学生卫星发射成功！女生们一片欢呼。

然而，不幸的是半个月后，3颗小卫星完成任务后便失踪了，再也无法接收到任何信息。但不管怎么说，“月神号”卫星揭开了发射学生卫星的序幕，它激励了学生研发卫星的热情。2015年12月6日，世界上第一颗小学生卫星——“圣·托马斯·莫尔号”在美国肯尼迪航天中心发射成功。截至2020年年底，各国学生已经发射了1000多颗各类卫星。

此外，“月神号”卫星更是拓展了学生们想象和创新的视野！从此，世界上先后发射升空的几百颗小卫星，包括美国国防部、美国中央情报局和各个国家的小卫星，都采用钢卷尺或类似钢卷尺的材料当天线。

卫星不在大小，只要抱有一颗科学、智慧和追梦的心，终会成功！