一个工业零件“上天”的故事

经济观察报 记者 沈怡然 在商业航天领域，一个根本性的问题始终挑战着工程师们的创新极限：将工业级组件应用于太空的极端环境，是否真的可行？

民营卫星企业银河航天与学者李俊阳在谐波减速器方面的合作经历，给出了肯定的答案。李俊阳是重庆大学机械传动国家重点实验室副教授、重庆精刚传动科技有限公司董事长。

谐波减速器，作为一项精密的机械装置，对于航天卫星太阳翼、天线等核心单机的关节驱动至关重要。然而，在传统航天领域，谐波减速器因需满足极端太空环境中的高可靠性和长寿命要求，不得不采用昂贵的金刚石材料进行特殊处理，导致成本居高不下。

但银河航天和李俊阳通过合作提出了一种创新的工业设计理念，他们重新设计了齿轮的接触面，并优化了材料及润滑方式，成功开发出了成本仅为传统航天减速器一半的新型谐波减速器。

作为一家商业性质的卫星制造商，银河航天，成立6年来已成功发射8颗低轨宽带通信卫星。公司主业是研发和制造商业卫星，最终目标是为商业用户提供卫星互联网服务。

银河航天机热能源部部长杨巧龙对经济观察报表示：“在航天产品的发展历程中，卫星从一个专门为航天任务设计和制造的系统，逐渐转变为一个更加商品化的产品。这个转变的过程涉及了零件的标准化和成本效益的考量。”

具体来说，传统的卫星制造往往依赖于专门设计的零件，这些零件是为了满足太空环境中极端条件的特定需求而制造的。但随着商业航天产业的兴起，更多商业公司尝试采用工业级标准化零件，以代替传统的专用零件。

李俊阳认为，中国工业体系拥有大量资源，可供航天企业开发利用。“通过适当的技术升级和调整，工业级零件不仅能满足太空环境中的真空、高低温等特殊需求，还能显著降低成本。这一探索为商业航天产业的技术创新和成本控制开辟了新途径。”

突破成本瓶颈

作为一家商业航天公司，银河航天的目标是通过实现卫星的低成本制造和大规模生产来获得市场竞争优势。在这一过程中，成本控制成为了银河航天的重要手段。

杨巧龙称，一个传统航天谐波减速器的成本可高达数万元人民币，这对任何商业航天公司来说都是一笔不小的开支。

2021年，银河航天的工程师们认识到，要实现卫星的低成本量产，就必须对卫星上的一些关键但成本高昂的组件进行替换或改进。

谐波减速器作为一种精密的机械部件，它内部的波发生器、柔轮和刚轮相互配合，能够实现高减速比和强大的扭矩传递。这一特性对于精确控制卫星结构件，使其能够按照需求进行转动非常关键。

但其生产成本非常高昂。为了确保在极端太空环境中的高可靠性和长寿命，航天研究人员通常会在谐波减速器的关键部件表面镀上一层类似金刚石的膜，从而提高部件的耐用性。这种昂贵的金刚石材料的使用，显著提高了产品的整体成本。因此，传统卫星上使用的谐波减速器的成本可高达数万元。

杨巧龙称，公司的工程师们有一个主意：能否运用工业设计思路来解决航天场景的问题。

杨巧龙称，谐波减速器在工业领域已经得到了广泛应用，并且已成为标准产品。这表明，它在技术和生产方面已经相当成熟。他们认为，工业领域的设计思路和制造经验有潜力被借鉴到航天领域。这样的跨界应用，可能会为解决航天谐波减速器的高成本问题提供新的思路。

2021年底，银河航天开始寻求与航天领域之外的供应商进行合作，在搜寻过程中，发现了李俊阳的一篇博士课题论文。该论文与谐波减速器和航天密切相关。于是，银河航天便找到李俊阳并提出了需求。

“接到银河航天的需求后非常激动，因为我的博士论文课题正是与空间应用谐波减速器相关。”李俊阳将多年做国家项目积累的谐波减速器技术应用到工业机器人场景上，并形成了产品的批量销售。

工业与航天的融合

李俊阳的确想到了一个可行的方案：借鉴工业谐波减速器的研发思路，通过精确的齿廓设计与修形技术来改善齿轮的啮合，减少摩擦，从而省去传统上在齿轮表面镀膜来减少磨损的工艺，使得整体结构件成本大大降低。

但是，他也意识到，太空使用的工况环境与工业截然不同，航天对产品的质量和耐用性有着更为严苛的要求。“如何在更改设计的情况下保证产品的稳定性和可靠性，这是很有难度的。”

为了满足这些要求，李俊阳利用自己实验室的设备条件，针对太空中可能遇到的极端条件，如高真空、宽温度范围、微重力等等环境的影响，对减速器进行了一系列的技术验证和测试。

经过两年时间，李俊阳与银河航天公司共同开发出了新型的谐波减速器，比传统航天减速器便宜了超过一半的价格。

2023年7月，搭载着这款新型谐波减速器的灵犀03型号卫星成功发射升空。杨巧龙称，这一突破不仅大幅降低了卫星的制造成本，更实现了从传统专用零件到工业级标准化零件的一次转变。

杨巧龙称，随着卫星的结构件逐步变为标准化产品，商业卫星不再是传统卫星的复制，一条属于它的产业链也会从无到有地发展起来。

李俊阳称，商业航天使得原本只服务于地面工业的供应商能够跨界到航天领域。在与银河航天的合作之后，他陆续接到了来自其他商业卫星公司的订单。这些公司同样面临着降低成本、提高产品竞争力的需求。

李俊阳称，虽然当前商业航天还处于前期试用阶段，并没有大批量的需求，但是，这一次合作不仅推动了产品的技术迭代，还促进了产业链的多元化发展。