經(jīng)濟觀(guān)察報 記者 沈怡然 在商業(yè)航天領(lǐng)域，一個(gè)根本性的問(wèn)題始終挑戰著(zhù)工程師們的創(chuàng )新極限：將工業(yè)級組件應用于太空的極端環(huán)境，是否真的可行？

民營(yíng)衛星企業(yè)銀河航天與學(xué)者李俊陽(yáng)在諧波減速器方面的合作經(jīng)歷，給出了肯定的答案。李俊陽(yáng)是重慶大學(xué)機械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗室副教授、重慶精剛傳動(dòng)科技有限公司董事長(cháng)。

諧波減速器，作為一項精密的機械裝置，對于航天衛星太陽(yáng)翼、天線(xiàn)等核心單機的關(guān)節驅動(dòng)至關(guān)重要。然而，在傳統航天領(lǐng)域，諧波減速器因需滿(mǎn)足極端太空環(huán)境中的高可靠性和長(cháng)壽命要求，不得不采用昂貴的金剛石材料進(jìn)行特殊處理，導致成本居高不下。

但銀河航天和李俊陽(yáng)通過(guò)合作提出了一種創(chuàng )新的工業(yè)設計理念，他們重新設計了齒輪的接觸面，并優(yōu)化了材料及潤滑方式，成功開(kāi)發(fā)出了成本僅為傳統航天減速器一半的新型諧波減速器。

作為一家商業(yè)性質(zhì)的衛星制造商，銀河航天，成立6年來(lái)已成功發(fā)射8顆低軌寬帶通信衛星。公司主業(yè)是研發(fā)和制造商業(yè)衛星，最終目標是為商業(yè)用戶(hù)提供衛星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

銀河航天機熱能源部部長(cháng)楊巧龍對經(jīng)濟觀(guān)察報表示：“在航天產(chǎn)品的發(fā)展歷程中，衛星從一個(gè)專(zhuān)門(mén)為航天任務(wù)設計和制造的系統，逐漸轉變?yōu)橐粋€(gè)更加商品化的產(chǎn)品。這個(gè)轉變的過(guò)程涉及了零件的標準化和成本效益的考量。”

具體來(lái)說(shuō)，傳統的衛星制造往往依賴(lài)于專(zhuān)門(mén)設計的零件，這些零件是為了滿(mǎn)足太空環(huán)境中極端條件的特定需求而制造的。但隨著(zhù)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的興起，更多商業(yè)公司嘗試采用工業(yè)級標準化零件，以代替傳統的專(zhuān)用零件。

李俊陽(yáng)認為，中國工業(yè)體系擁有大量資源，可供航天企業(yè)開(kāi)發(fā)利用。“通過(guò)適當的技術(shù)升級和調整，工業(yè)級零件不僅能滿(mǎn)足太空環(huán)境中的真空、高低溫等特殊需求，還能顯著(zhù)降低成本。這一探索為商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新和成本控制開(kāi)辟了新途徑。”

突破成本瓶頸

作為一家商業(yè)航天公司，銀河航天的目標是通過(guò)實(shí)現衛星的低成本制造和大規模生產(chǎn)來(lái)獲得市場(chǎng)競爭優(yōu)勢。在這一過(guò)程中，成本控制成為了銀河航天的重要手段。

楊巧龍稱(chēng)，一個(gè)傳統航天諧波減速器的成本可高達數萬(wàn)元人民幣，這對任何商業(yè)航天公司來(lái)說(shuō)都是一筆不小的開(kāi)支。

2021年，銀河航天的工程師們認識到，要實(shí)現衛星的低成本量產(chǎn)，就必須對衛星上的一些關(guān)鍵但成本高昂的組件進(jìn)行替換或改進(jìn)。

諧波減速器作為一種精密的機械部件，它內部的波發(fā)生器、柔輪和剛輪相互配合，能夠實(shí)現高減速比和強大的扭矩傳遞。這一特性對于精確控制衛星結構件，使其能夠按照需求進(jìn)行轉動(dòng)非常關(guān)鍵。

但其生產(chǎn)成本非常高昂。為了確保在極端太空環(huán)境中的高可靠性和長(cháng)壽命，航天研究人員通常會(huì )在諧波減速器的關(guān)鍵部件表面鍍上一層類(lèi)似金剛石的膜，從而提高部件的耐用性。這種昂貴的金剛石材料的使用，顯著(zhù)提高了產(chǎn)品的整體成本。因此，傳統衛星上使用的諧波減速器的成本可高達數萬(wàn)元。

楊巧龍稱(chēng)，公司的工程師們有一個(gè)主意：能否運用工業(yè)設計思路來(lái)解決航天場(chǎng)景的問(wèn)題。

楊巧龍稱(chēng)，諧波減速器在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應用，并且已成為標準產(chǎn)品。這表明，它在技術(shù)和生產(chǎn)方面已經(jīng)相當成熟。他們認為，工業(yè)領(lǐng)域的設計思路和制造經(jīng)驗有潛力被借鑒到航天領(lǐng)域。這樣的跨界應用，可能會(huì )為解決航天諧波減速器的高成本問(wèn)題提供新的思路。

2021年底，銀河航天開(kāi)始尋求與航天領(lǐng)域之外的供應商進(jìn)行合作，在搜尋過(guò)程中，發(fā)現了李俊陽(yáng)的一篇博士課題論文。該論文與諧波減速器和航天密切相關(guān)。于是，銀河航天便找到李俊陽(yáng)并提出了需求。

“接到銀河航天的需求后非常激動(dòng)，因為我的博士論文課題正是與空間應用諧波減速器相關(guān)。”李俊陽(yáng)將多年做國家項目積累的諧波減速器技術(shù)應用到工業(yè)機器人場(chǎng)景上，并形成了產(chǎn)品的批量銷(xiāo)售。

工業(yè)與航天的融合

李俊陽(yáng)的確想到了一個(gè)可行的方案：借鑒工業(yè)諧波減速器的研發(fā)思路，通過(guò)精確的齒廓設計與修形技術(shù)來(lái)改善齒輪的嚙合，減少摩擦，從而省去傳統上在齒輪表面鍍膜來(lái)減少磨損的工藝，使得整體結構件成本大大降低。

但是，他也意識到，太空使用的工況環(huán)境與工業(yè)截然不同，航天對產(chǎn)品的質(zhì)量和耐用性有著(zhù)更為嚴苛的要求。“如何在更改設計的情況下保證產(chǎn)品的穩定性和可靠性，這是很有難度的。”

為了滿(mǎn)足這些要求，李俊陽(yáng)利用自己實(shí)驗室的設備條件，針對太空中可能遇到的極端條件，如高真空、寬溫度范圍、微重力等等環(huán)境的影響，對減速器進(jìn)行了一系列的技術(shù)驗證和測試。

經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間，李俊陽(yáng)與銀河航天公司共同開(kāi)發(fā)出了新型的諧波減速器，比傳統航天減速器便宜了超過(guò)一半的價(jià)格。

2023年7月，搭載著(zhù)這款新型諧波減速器的靈犀03型號衛星成功發(fā)射升空。楊巧龍稱(chēng)，這一突破不僅大幅降低了衛星的制造成本，更實(shí)現了從傳統專(zhuān)用零件到工業(yè)級標準化零件的一次轉變。

楊巧龍稱(chēng)，隨著(zhù)衛星的結構件逐步變?yōu)闃藴驶a(chǎn)品，商業(yè)衛星不再是傳統衛星的復制，一條屬于它的產(chǎn)業(yè)鏈也會(huì )從無(wú)到有地發(fā)展起來(lái)。

李俊陽(yáng)稱(chēng)，商業(yè)航天使得原本只服務(wù)于地面工業(yè)的供應商能夠跨界到航天領(lǐng)域。在與銀河航天的合作之后，他陸續接到了來(lái)自其他商業(yè)衛星公司的訂單。這些公司同樣面臨著(zhù)降低成本、提高產(chǎn)品競爭力的需求。

李俊陽(yáng)稱(chēng)，雖然當前商業(yè)航天還處于前期試用階段，并沒(méi)有大批量的需求，但是，這一次合作不僅推動(dòng)了產(chǎn)品的技術(shù)迭代，還促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈的多元化發(fā)展。