小型卫星正日益成为地球成像、通信及其他应用领域的热门工具。但它们存在严重的控制问题：进入太空后，无法准确调整摄像机指向或改变轨道，而且通常会在几个月内坠毁并烧毁。
麻省理工学院航空航天系校友、Accion Systems 联合创始人兼首席执行官 Natalya Brikner 博士（’15）表示，这些卫星缺少的是可行的推进系统。“你可以造出一个垒球大小、能力出人意料地多的卫星，但它无法正常机动，很快就会脱离轨道，”她说。“人们正等待解决方案。”
如今，Accion 已开发出商用电喷雾推进系统——其首款产品大小约如一包口香糖——由可为小型卫星提供推力的微型芯片构成。除此之外，Accion 的模块制造成本也显著低于现有替代方案。
这项技术有望让低成本卫星（例如所谓的“立方星”）更适用于各种商业和研究用途，包括先进成像与通信；在这些应用中，多颗卫星可提供全球覆盖。“这需要推进系统，但必须足够小，不能占用小型卫星原本就有限的空间和资源，”Accion 技术顾问、航空航天学副教授 Paulo Lozano 说，他发明了这项技术的基础原理。
他补充说，归根结底，这项技术可以让小型初创企业，乃至没有充足资金支持太空计划的国家，有机会利用低成本卫星开展太空探索。“这就是其他人所说的‘太空民主化’，”Lozano 说。“我认为，这将有助于让它成为现实。”
Accion 的另一位联合创始人是 Louis Perna（’09，SM ’14），他共同发明了这套系统，目前负责产品开发。
小身材，大推力
Accion 的首款商用系统是 MAX-1，这是一个由八块芯片组成的模块，每块芯片约为 1 平方厘米、厚 2 毫米，可安装在卫星的任何位置。Brikner 说，它在地球上产生的推力足以“推动一张纸”。但在太空中，它可以推动一颗立方星或稍大一些的卫星。
该模块配有一个塑料储罐，用于储存无毒、不易挥发的液态盐推进剂。储液罐上方是芯片，每块芯片都有一个多孔基底，上面约有 500 个尖端；基底上方则是带有小孔的抽取栅极。（毛细作用会使推进剂从储液罐流向基底尖端。）
在尖端与栅极之间施加高电压时，带电离子会从小孔中喷出。Brikner 解释说：“抽取并加速这些离子时，动量交换会推动航天器朝相反方向运动。”
Accion 计划于 7 月发射 MAX-1，并打算在年底前开始向客户交付这套系统。
由于该模块没有加压储罐、笨重的阀门或中和阴极，其推重比高于低功率等离子体离子发动机——也就是说，它能以小巧的体积提供强劲推力。今年 1 月，Accion 在麻省理工学院的真空舱内测试了 MAX-1 的微型版本 MIN-0。团队在施加特定电压后，测量了释放离子产生的电流。根据这项及其他实验，他们得出结论：MAX-1 每平方米可提供约 100 微牛的力。
例如，这一推力足以稳定从国际空间站发射的立方星，并抵消大气阻力。“大气阻力会把[小型卫星]提前拉入大气层，使它们在那里烧毁，”Brikner 说。
Lozano 补充说，每年都有数十颗小型卫星发射升空，这套系统还可以帮助控制它们在太空中停留的时间，从而避免它们成为漂浮的太空垃圾。“你可以升到阻力较小的轨道，在那里停留更久，然后再用同一套推进系统重新进入[大气层]，”他说。
不再是精工细作的珠宝
Brikner 说，虽然可以制造低成本化学推进系统，但并不实用。化学系统使用装有爆炸性物质的加压储罐，因此不允许搭载在将小型卫星送入太空的大型火箭上。“所以它们很容易生产，但没人获准使用，”Brikner 说。
因此，电推进系统是更安全、也更受欢迎的替代方案。但这类系统制造成本高，因为它们使用稀有气体氙作为推进剂，而氙在储存时也需要加压。Accion 使用的推进剂是一种液态盐材料，结构类似常见的食盐，可以大量生产。
凭借这种新型推进剂和简单的设计，Accion 可以像制造计算机芯片一样批量生产模块，每批约 200 个。Brikner 表示，成本约为其他电推进系统的十分之一。“我们不希望它们再像定制珠宝那样制造，”她说。
Accion 的起步
Accion 于 2012 年创立，当时 Brikner 和 Perna 加入了由 Lozano 主持的太空推进实验室。那时，Lozano 正在制作一种电推进系统的原型——这是 Accion 技术的前身，他自约 2004 年起便在麻省理工学院开展相关工作。
业界早已注意到这项技术。“我记得很快就听说有人想购买或获得这项技术的许可，”Perna 说。几个月内，“创办一家公司的机会就出现了。”
对 Perna 来说，这是第一次创业。但对 Brikner 而言，这是第二次机会：2009 年，她创办了 Asteria Micropropulsion，这家初创公司旨在为小型卫星制造化学推进发射器。公司成立不久后便关闭了。“我从没想过自己还能有机会再做一家太空推进公司，”Brikner 说。“后来机会出现时，我说：‘我还能再试一次？真是太不可思议了。’”
那么，团队利用了麻省理工学院哪些创业资源来创办 Accion？“我想我们全都用上了，”Brikner 笑着说。
例如，风险投资导师服务（Venture Mentoring Service）的创业者为团队提供建议，帮助他们制定商业计划并获得资金。麻省理工学院创业马丁信托中心（Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship）的驻场创业者则帮助他们梳理在法律支持、资金和运营方面犯过的错误。“我们有很多问题亟待解决，他们帮了大忙，”Brikner 说。
2014 年，Accion 参加了全球创始人技能加速器（GFSA），这是信托中心的暑期孵化项目。团队大部分时间都在根据持续获得的反馈调整技术，以满足客户需求。这对引导技术面向客户需求很有价值。“我们没想到它会这么有价值，”Brikner 说，并补充道：“我们一直没有停止这样做。”
GFSA 帮助 Perna 将关注点从纯粹的技术思维，转向商业规划、客户服务和管理这些陌生领域。“这个项目非常有帮助，让几乎毫无[创业]背景的人了解基本概念，并帮助你用这些概念来构建公司的工作，”他说。
Accion 目前总部设在马萨诸塞州萨默维尔的 Greentown Labs，继续改进技术，同时为即将到来的发射做准备。
Lozano 说，未来 Accion 的系统或许能让小型卫星执行目前只有大型卫星才能完成的任务，例如探索月球。小型卫星目前还无法进入此类任务所需的轨道。“但如果你被困在不想要的轨道上，就可以利用推进系统前往这些有趣的地方，”他说。“我认为这将带来变革。”
本文由 麻省理工学院新闻 合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Rob Mathseon 是《麻省理工科技评论》的特约撰稿人。
图片：这张曝光 5 分钟的照片中可见艾森彗星。路透社/Aaron Kingery/NASA/MSFC。
