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作者:播放器家园 来源:www.bofangqi.org 时间:2022-07-28 点击:0

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2月27日之后,武汉大学遥感信息工程学院的学生,感觉自己有了新“身份”。

当天,在海南文昌航天发射场,长征八号遥二运载火箭成功将22颗卫星发射升空,创下我国一箭多星的纪录。其中的“启明星一号”卫星是由武汉大学牵头,是以50多名武汉大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)、哈尔滨工业大学学生为主体研制的。

以前,面对家人“遥感学的啥”这样的问题时,这群珞珈山下的学子不知如何更好地回答。这一次,他们有了答案,“就说是造卫星的”。

这颗重量只有19.2公斤的卫星,装有一台可见光相机和一台红外相机,可见光谱遥感分辨率达21米,白天能够获取32个波段的高光谱遥感,夜晚也能获取8个波段的多光谱遥感和红外光遥感。

提出研制“启明星一号”并总负责的金光教授,曾是“吉林一号”卫星副总设计师。2022年退休后,他获邀加入武汉大学宇航科学与技术研究院,学校拨给了他1000万元科研启动经费。

金光从中拿出800万元打造的这个卫星,将成为武大学子的“空间实验站”。

“造星”背后,是武汉大学求贤若渴,直面遥感学科短板的成果体现。在武汉大学遥感信息工程学院院长龚健雅看来,“启明星一号”以学生为研制主体,代表年轻一代“像星星冉冉升起”。

3月9日,武汉大学宇航科学与技术研究院实验室,屏幕上显示着“启明星一号”的飞行位置、参数等模拟信息。新京报记者 杜寒三 摄

“自己造个卫星怎么样”

“武大遥感世界第一,有最雄厚的师资力量,你们会成为最优秀的人才”,2022年,黄淑娟考入武汉大学遥感信息工程学院时,老师如此向本科新生介绍。

这并非一句套话,根据高等教育评价专业机构软科发布的信息,武汉大学遥感技术学科已连续五年排名世界第一。

“我们厉害在哪?”当时还不了解情况的黄淑娟,疑惑中带着好奇。直到大一上学期开始上课,六名院士轮流授课《测绘学概论》,她才有所体会。

第一堂课,她去晚了些,教室已经坐满了人。黄淑娟只好抱着电脑,倚着教室后排的墙坐在地上。

每次课前,学生们都排着队,摊开课本找院士签名。集齐六个签名的幸运儿会发条朋友圈,开玩笑说可以“召唤神龙”。

比黄淑娟小两届的林炜华记得,当时仍健在的宁津生院士,走路和写板书都慢腾腾的,字与字的间距也拉得大。早上8点上课,9点50分下课,林炜华听课都听累了,但80多岁的宁津生“一直都不坐,坚持站着讲课”。

这让林炜华觉得是种传承,“引领新一代遥感人进门”。

除了传承,武汉大学遥感信息工程学院也重视实践。

黄淑娟大二那年,学院包了两辆大巴,组织六七十个学生到武汉大学遥感卫星地面站参观。地面站建在山上,外形像锅盖,还有一个天线。她抬头想,“是不是有卫星正在接收信号?”

参观结束后,黄淑娟操纵无人机,悬停拍下同学们的合照。

如果问这些学生什么是遥感,他们多半会给出诗意的答案,“遥感就是遥远的感知”,简单来说,就是无人机、飞机、卫星等,从低到高直至太空,通过电磁波等信号回传,获得地面信息后进行处理。

但想从太空感知地面,并不容易。

尤其是加入科研团队后,找不着数据,成了黄淑娟的一大困扰。

多光谱影像承载更多的色彩信息,全色影像分辨率高,黄淑娟想结合两者优势做影像融合。但开源的影像并不好找,商业卫星则要收费。

她算了笔账,满足实验需求的影像,要花数千元钱。而如果想研究时间跨度较长的影像,只能向国外卫星机构订购。

2022年研究生论文答辩时,教授金光问数据哪里来的,学生都说是国外卫星。金光就说,“咱自己造一个卫星怎么样?”

他解释道,有时想要昨天的数据,国外卫星只能提供10年前的。他打了个比方,选择国外卫星就像吃饭,吃什么只能由厨师说了算。要了碗海参炒面,发现海参只是厨师名字,并没有真海参。

金光与一同出席答辩的教授巫兆聪商量,在教学上搞个改革,造个卫星让学生互动实验。需要卫星图像时,下达拍摄指令,拍完后若不合适,再调整参数。

两人不谋而合。

3月9日,武汉大学遥感信息工程学院一楼大厅,挂有两院院士照片。新京报记者 杜寒三 摄

“金大胆”的算盘

研制卫星,金光有他的底气。

退休来武汉大学前,他长期在长春光机所工作,人称“金大胆”。

长春光机所做航天相机出身。早在2003年,金光就找到领导,问能否不依托别人,连相机带卫星平台,自己做出一个闭环来?

2005年,所里拿出一大笔钱,支持创建新技术研究室,金光担任主任。最初手下一个人也没有,他又争取到政策,报名参加的研究生划到他名下,提前预留研究所的工作。海报贴出后,第一批招到11人。

从学生中挑,金光有他的算盘,“一张白纸能画出更好的画”。

半路出家的金光,顶着“瞎忽悠”的争议,从光学设计到机械设计,再到自动控制,手把手训练学生。

特批的火箭运载能力达1.2吨,但当时研制的卫星重量只有420公斤。航天事业充满曲折,如果剩余空间留给其他单位,火箭能否如期发射就有变数。

2022年六七月份,金光与火箭方商量,剩下的空间全包了,再造三颗卫星。

第二年,“吉林一号”一箭四星发射成功,成为我国首颗自主研发的“星载一体化”商用卫星,也是我国第一颗自主研发的米级高清动态视频卫星。

2022年,与多年前在长春光机所类似,招新海报也在武汉大学贴出。

那时黄淑娟已加入巫兆聪科研团队,巫兆聪找到她,“要让学生造一颗卫星,愿不愿意参与到项目里?”黄淑娟立马就应下了,但心里仍不免嘀咕,“我们也能造卫星,骗人的吧?”但她又觉得老师不像是开玩笑。

3月11日,金光在办公室接受采访。新京报记者 杜寒三 摄

“修图师改行造相机”

此后将近一年的时间里,黄淑娟都在搜集20世纪70年代以来国内外卫星的载荷、波段范围、空间和时间分辨率、应用等资料。找不到数据,就从一篇篇论文中挖。挖出来的数据,再通过做实验论证其准确性。

这是一个漫长而枯燥的过程。

早上9点到实验室,晚上11点多离开是常态。遇到赶时间,指导老师把他们“关”在实验室,不停地提出建议,学生们修改,老师再反馈,一直忙到夜里12点。

学校宿舍楼晚上11点半关门,黄淑娟同宿管阿姨说好话,“对不起,我回来晚了,辛苦阿姨给我开门”。阿姨开了门,“下次早点回来呀”,黄淑娟不敢答应。第二天,黄淑娟还是从实验室回来得晚,不同于前一天初犯,这次阿姨让她做了登记。

卫星研制过程复杂,一般分为机械、热控、姿态控制、星务、通信、电源动力等几大系统。学生们在不同的团队分工合作。

3月9日,武汉大学宇航科学与技术研究院卫星仿真测试实验室,还挂着“‘启明星’卫星发射及测控第二现场”“预祝‘启明星’微纳卫星发射成功”的横幅。

五台液晶电视挂在墙上,显示着卫星飞行位置、参数等模拟信息。桌上摆着一套卫星仿真系统,还有一个像不锈钢饭碗的飞轮。端起飞轮,随着内部器件的高速转动,会看到双手发生偏转。卫星上也有类似的飞轮,这也是卫星改变飞行姿态的方式之一。

博士生张雪峰负责卫星模拟仿真系统的搭建与调试。最开始时,满屏幕的专业术语,他几乎都不认识。研究图像处理的他,将这种跨度比喻成“用修图软件的修图师改行制造相机”,而且是造能在太空飞的相机。

金光把张雪峰和另外两个学生送到长春光机所集训了一周。张雪峰觉得,就像进了大观园。老师讲解时,他们一边做着笔记,一边还要用手机录视频。四五条每条时长30多分钟的视频,成了宝贵的资料。回武汉后,三个人围在屏幕前反复观看。

带回的中心机没有信号灯,张雪峰接上电源,无法确定其是否工作。在接口连上显示器,但屏幕仍然不亮。几次尝试无果,他只得给长春光机所的老师打求救。老师一听就说,“会不会是电压调低了,没带起来?”张雪峰一试,果然是这个问题。

“启明星一号”研制以学生为主体,金光说,这不意味着教师放手,相反是在其中起关键作用,让学生少走弯路。设计图纸由他审查,不合格再返工修改,直到他认为可以投入研制,再开始加工,“学生是执行者。”

3月9日,摆在武汉大学宇航科学与技术研究院的“启明星一号”模型。新京报记者 杜寒三 摄

“老金,你花就行了”

2月27日上午,武汉大学“启明星一号”团队近20名老师和学生,在宇航科学与技术研究院卫星仿真测试实验室,观看1200多公里外的火箭发射直播。

张雪峰攥着手,仰着头,不敢眨眼。11点06分,白烟升腾,火箭尾部拖着火焰腾空而起,实验室响起掌声。十多秒后,火箭变成了一个小白点,直至再也望不见。

黄淑娟看着火箭越飞越远,有些不舍,低声问边上的同学,“发射成功了吧?”两人都不确定,“应该是吧”。

金光是沙场老将,他给大伙儿吃了颗“定心丸”,“发射成功了”。又是一阵掌声。

这颗卫星,花了金光800万元的科研经费。

2022年前后,中国科学院院士、武汉大学遥感信息工程学院院长龚健雅,三次赶赴长春邀请金光加入武汉大学。一个体现诚意的细节是,金光人还在长春,学院就给他备好了办公室。

龚健雅的盛情邀请背后,是武汉大学谋划遥感学科的一局大棋。

龚健雅2022年发表的文章《新时代世界一流学科建设的站位与战略布局》,至今仍在学院官网新闻栏中置顶。

文章提到,武汉大学的遥感学科目前能够排名世界第一,是因为几何遥感(包括摄影测量)很强,以及遥感信息处理的研究水平很高,得到了世界公认。但是遥感不仅包括几何遥感,而且包括物理遥感(或者说定量遥感)和遥感传感器。在遥感传感器方面,武汉大学还有相当大的差距,不仅没有达到国际领先的水平,在国内也难有一席之地。

公开资料显示,2022年12月30日,武汉大学宇航科学与技术研究院举行揭牌仪式,挂靠在遥感信息工程学院,力图构建遥感平台、遥感仪器、遥感信息获取处理与应用的完整科学技术体系,形成具有小卫星平台、空间遥感仪器以及遥感信息处理与应用的研究优势,打造国内领先、国际一流的遥感与航天工程类人才培养与科学研究基地。

作为引进的高端人才,金光拿到了1000万元的科研启动经费。用他的话说,这笔钱怎么花,“领导不管”。领导对他说,“老金,你花就行了,用在教学建设上就可以了。”

公开的《武汉大学关于加强海外高层次拔尖人才引进工作的实施意见》,是武汉大学高端人才科研启动经费标准的缩影。根据文件,以海外高层次拔尖人才为核心,组建配备学术团队,选聘工作助手,并以团队形式配套科研启动经费,其中理工、医科特别岗位资助额度为300万元至1000万元。

2022年武汉大学校长窦贤康接受媒体采访时的表述,亦可窥见武大的求贤若渴。

窦贤康说,武汉大学在高端人才队伍建设方面绝对量的增加,包括增长的速度和加速度在中国高校中表现突出,“只要我们把人才看成是一个大学最重要的核心指标,上下齐心,并借助一些外部力量,一定会把武汉大学的人才队伍建设得更好。”

“没有任何领导说你不能搞,院士们还说这个事值得做”,造卫星的想法不仅没有阻力,龚健雅还建议将原定的卫星名“遥感一号”改为“启明星一号”,“以学生为主体研制,代表年轻一代像星星冉冉升起”。

回顾两年多的研制历程,如何省钱是金光一直在考虑的。火箭发射卫星,每公斤报价15万元。换句话说,每减少卫星1公斤重量,就能节省15万元。

金光沿用了他在长春光机所提出的“星载一体化”,就像电脑一体机一样,载荷与卫星一体化设计,并体现轻量化。他拿起办公室桌上的烟盒,敲了敲,“以前一个板子是实心的,在实现抗弯效果的前提下,中间能不能镂空一点?”

金光说,按照传统的设计思路,若要实现同样的功能,卫星重量要在50公斤以上。而“启明星一号”最终重量仅为19.2公斤。

3月9日,林炜华所在的实验室,团队目前正在筛选湖北省内的目标水体以供卫星观测。新京报记者 杜寒三 摄

“最亮的星”

卫星成功发射,只是一个开始。

3月8日,还在念大四的林炜华,上金光办公室拷了一张“启明星一号”传回的图像。

金光操着东北口音,“小姑娘,快看看这个能做啥,你拷回去。”两个人凑在电脑屏幕前,图像色调是绿色的,放大能看到水体,还有一些农田。

“启明星一号”团队曾在遥感信息工程学院进行问卷调查,搜集学生今后想依托卫星做的应用与研究。

有个想法让黄淑娟印象深刻,用夜光影像研究城市内的“鬼城”,计算房屋空置率,“现在光说建了多少房,但有没有人住并不知道。”

林炜华所在的实验室,正在筛选湖北省内的目标水体。金光曾表示,“启明星一号”能“看清”水体的主要污染物,为水体环境监测提供预警。采集的夜光遥感影像是彩色的,能更好地用于分析城市灯光与经济发展间的关系。

2022年6月,由武汉大学牵头,联合长光卫星技术有限公司研制的“珞珈一号”科学试验卫星成功发射入轨。

那时,黄淑娟正在准备期末考试。朋友圈一水儿都是“珞珈一号”,还有人说“大家快记一下‘珞珈一号’的载荷、发射时间和相关信息,肯定会考”。黄淑娟特意看了一眼,没想到考试真有这道题。

四年前的故事,将迎来续集。

今年1月,武汉大学在其官方发文,依托宇航科学与技术研究院,后续还将发射“珞珈二号01星”“珞珈三号01星”“珞珈三号02星”。

珞珈山的春天来了。前些天,林炜华一出宿舍,就看到了盛开的樱花,“猝不及防就跌入了春天”。

3月11日,武汉大学盛开的樱花,不远处有学生走过。新京报记者 杜寒三 摄

卫星刚,樱花柔,这两者都让她觉得浪漫。

林炜华说,启明星又叫金星,清晨在东方天空出现。等“启明星一号”飞过武汉上空,她会抬头多看两眼,就当看星星,“在我心中,它就是最亮的星”。

尽管她知道,用肉眼看到这颗40×30×40厘米的微纳卫星,可能只是徒劳。

新京报记者 杜寒三 编辑 袁国礼 校对 吴兴发