太空中的追光者

肖麗瓊 祝融 高素

都市愈繁華，夜景愈璀璨。而鮮為人知的是，有些人一直默默追光而行?！扮箸煲惶?1星”（以下簡稱“珞珈一號”）的研發(fā)團(tuán)隊就是這樣一群追光者。

7月9日，在由武漢大學(xué)發(fā)起的“在軌測試評審會暨夜光遙感應(yīng)用研討會”上，來自國內(nèi)航天航空領(lǐng)域的40余位專家一致認(rèn)為，一個月前發(fā)射的“珞珈一號”各系統(tǒng)工作正常，基本具備在軌應(yīng)用條件。同一天，該研發(fā)團(tuán)隊的首席科學(xué)家、兩院院士李德仁發(fā)出倡議：將珞珈一號觀測到的夜光遙感數(shù)據(jù)免費提供給注冊用戶下載。

科學(xué)家們?yōu)楹我饭舛?？衛(wèi)星、夜光遙感，看似離普通人生活遙不可及的兩個詞，到底與我們有著哪些關(guān)聯(lián)？近日，項目牽頭人之一、武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授張過接受了《支點》記者的專訪，講述珞珈一號背后的故事。

首顆夜光遙感衛(wèi)星武大造

截至7月5日，“珞珈一號”已經(jīng)在太空遨游33天了。

這是“珞珈一號”的在軌測試期。從6月2日它搭載著長征二號丁運載火箭成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道時起，研發(fā)團(tuán)隊就沒有停止過對它的修正工作。在它發(fā)射后發(fā)現(xiàn)的3個問題，需要在這個期間得到解決。

7月9日，40余位專家齊聚武漢大學(xué)，他們來自國家發(fā)改委宏觀經(jīng)濟(jì)研究院、航天工程所、空軍研究院、中國航天科技集團(tuán)、國防科技大學(xué)、中科院電子所、三亞遙感中心、國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心等科研院所和企業(yè)。與會專家給出一致意見：“珞珈一號”具備在軌應(yīng)用條件。

“這意味著這顆衛(wèi)星將正式進(jìn)入應(yīng)用階段”，張過告訴《支點》記者，“珞珈一號”將開始在夜光遙感領(lǐng)域發(fā)揮出重要的作用。夜光遙感是遙感領(lǐng)域發(fā)展活躍的一個分支，它可以獲取夜間、兀云條件下地表發(fā)射的可見光信息，而這些信息大部分都是由地表人類活動產(chǎn)生的。

“珞珈一號”被業(yè)內(nèi)稱為“全球首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星”。張過表示，這是因為大多數(shù)可見光遙感衛(wèi)星的傳感器成像時間都是白天?！跋噍^于普通遙感衛(wèi)星拍攝的白天影像，夜光遙感更能直接反映人類活動的信息，因此它在社會科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如果說普通遙感主要是用來觀測地球和白然界的變化，夜光遙感就是以人類為中心開展的觀測，在社會生活中，更具有實用價值和意義。這也是我們決定研發(fā)一枚夜光遙感衛(wèi)星的主要原因。”

張過的導(dǎo)師李德仁院士，是武漢大學(xué)知名的攝影測最與遙感學(xué)家，被稱為我國“遙感測繪第一人”。多年來，李德仁致力于衛(wèi)星體系的建立，并籌劃由武大發(fā)射一顆衛(wèi)星。2015年，這一項目被正式提上議程——定位為地面分辨率達(dá)到0.5公里的夜光遙感衛(wèi)星取名“珞珈一號”。研發(fā)團(tuán)隊由李德仁領(lǐng)銜，基十武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室組建。

“珞珈一號”研發(fā)團(tuán)隊首席科學(xué)家、兩院院士李德仁

目前，白天成相的高分遙感衛(wèi)星分辨率已可達(dá)0.5米，“珞珈一號”卻緣何只有0.5公里？張過透露，實際上，關(guān)于“珞珈一號”的分辨率到底要達(dá)到何種水平，科研團(tuán)隊內(nèi)部曾有過爭論。

據(jù)認(rèn)證測算，夜光遙感衛(wèi)星分辨率為0.5公里，成本大約在2億元以內(nèi)，而若要達(dá)到0.1公里，造價則需要約30億元。此外，還有技術(shù)層面的考量。衛(wèi)星分辨率的提升，其技術(shù)難度不是單純的線性增長，而是指數(shù)增長。

研發(fā)團(tuán)隊分析了美國的DMSP（國防氣象衛(wèi)星計劃）里的一顆氣象衛(wèi)星，該衛(wèi)星雖然只有2.7公里的分辨率，但實現(xiàn)晚上看云的目標(biāo)已經(jīng)足夠。2011年，美國又發(fā)射了極軌氣象衛(wèi)星NPP，分辨率為0.8公里，NPP拍攝出的“藍(lán)色大理石”組圖，被稱為史上最清晰地球夜景。

那么對于主要研究社會經(jīng)濟(jì)的夜光遙感衛(wèi)星，到底多少分辨率更合適？研發(fā)團(tuán)隊最終達(dá)成一致意見：不是越高越好。而是要用合適的分辨率干合適的事，以達(dá)到最高性價比。“我們決定是0.5公里的分辨率。因為這個分辨率已經(jīng)足夠看清楚主干道，甚至能看到一些細(xì)節(jié)，這已經(jīng)具備比較高的實際應(yīng)用價值?！睆堖^說。

八成衛(wèi)星組件中國造

從2015年3月立項，到2016年9月正式進(jìn)入研發(fā)階段，“珞珈一號”研發(fā)的準(zhǔn)備時間長達(dá)一年半之久，張過坦言，其中有一年時間都在“找錢”。

起初，研發(fā)團(tuán)隊想走社會投融資的途徑，這就需要一份商業(yè)計劃書，“這是全新的東西，我們研發(fā)的目的不是賺錢，也不知道到底能賺多少錢”。張過說，這條路沒走通。最終，研發(fā)團(tuán)隊向武漢大學(xué)提出申請并獲得支持。2016年9月份，“珞珈一號”研發(fā)經(jīng)費落實。實際上，即使在沒有資金支持的一年半時間里，整個項目的研發(fā)也始終沒有停歇。

以李德仁為核心的研發(fā)團(tuán)隊，是國內(nèi)測繪遙感學(xué)科的頂級團(tuán)隊，主要做的是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。通俗來說，就是在拿到衛(wèi)星數(shù)據(jù)以后，進(jìn)行相關(guān)分析。而這一次，他們要自己做出一顆衛(wèi)星。

“僅僅我們學(xué)科是不夠的，需要不斷往前去延伸。同時，對于一個學(xué)科來說，要想發(fā)展，只知道學(xué)科的核心是不夠的?！边@是一個重新學(xué)習(xí)的過程，張過直言“非常痛苦”——衛(wèi)星的制造和發(fā)射要考慮空間沖擊、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選型等等，涉及熱學(xué)、力學(xué)、機(jī)械加工、空間環(huán)境、計算機(jī)等諸多學(xué)科，并且需要有很深的專業(yè)基礎(chǔ)。

例如，力學(xué)方面，要確定火箭發(fā)射的沖擊力在多大范同能將衛(wèi)星送上天又保證安全;電學(xué)方面，衛(wèi)星上有兀數(shù)電子組件，發(fā)射前每個原件都要多次檢測確保運轉(zhuǎn)正常;使用何種材料才能在高空溫度發(fā)生急劇變化時不影響其性能，這又涉及到材料學(xué)和熱學(xué)……

在力圖成為“全能選手”的過程中，團(tuán)隊不斷求助各個學(xué)科的專家，即便如此，還是遇到過許多難題。

2017年10月，“珞珈一號”進(jìn)行首次模擬衛(wèi)星發(fā)射沖擊實驗，每個零部件原本被設(shè)計為可抗2000G的沖擊力，但試驗中發(fā)現(xiàn)有的零件將面臨6000G的沖擊力。這意味著，衛(wèi)星還沒上天，有的零件可能就在發(fā)射過程中毀掉了。為解決問題，研發(fā)團(tuán)隊向國內(nèi)知名專家請教，先后兩次對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在第4次實驗后，這一問題終于得到解決。

為控制成本，所有采購都由研發(fā)團(tuán)隊一手操辦?！靶l(wèi)星每個組件的成本，我們都清楚?！睆埥淌诟嬖V《支點》記者，在這顆重量為365公斤的衛(wèi)星上，國產(chǎn)零件占到八成以上。既要考慮節(jié)約成本，又要考慮到符合研發(fā)要求，在兩者間找到一個平衡，用最低成本達(dá)到需要的效果。

“有沒有考慮過衛(wèi)星發(fā)射會失?。俊泵鎸τ浾叩膯栴}，張過直言：“不止一次地考慮過。沒有人能夠保證100%成功，我們唯一能做的就是盡可能考慮得詳細(xì)、周到，在地面做模擬實驗時做到最充分?！?h3>“追光”數(shù)據(jù)將全球免費共享

在“珞珈一號在軌測試評審會”上，研發(fā)團(tuán)隊透露了珞珈一號在城市規(guī)劃、海洋漁業(yè)、社會經(jīng)濟(jì)總量反演等方面應(yīng)用的發(fā)展思路。

夜光遙感與人類活動高度關(guān)聯(lián)，可被廣泛應(yīng)用十社會經(jīng)濟(jì)參量估算、城市化過程監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境評估等領(lǐng)域。研究表明，夜光遙感總值與國民生產(chǎn)總值（GDP）有較強的關(guān)聯(lián)性。比如，研究人員利用夜光遙感影像能進(jìn)一步估算出觀測區(qū)域的國民生產(chǎn)總值、人口分布、能源消耗、二氧化碳排放、貧困度、貨運最等關(guān)鍵社會經(jīng)濟(jì)參量，有助于宏觀了解一個國家或區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。

張過介紹，理想條件下，“珞珈一號”可在15天內(nèi)繪制完成全球夜光影像，可提供我國及全球GDP指數(shù)、碳排放指數(shù)、城市住房空置率指數(shù)等專題產(chǎn)品。這些動態(tài)監(jiān)測中國和全球宏觀經(jīng)濟(jì)運行情況，可以為政府決策提供客觀依據(jù)。

6月2日，“珞珈一號”搭載長征二號丁運載火箭發(fā)射升空并順利入軌。

李德仁院士倡議，夜光遙感數(shù)據(jù)向注冊用戶免費提供下載，用于促進(jìn)夜光遙感科學(xué)研究和國民經(jīng)濟(jì)應(yīng)用。張過表示，作為一項由高校領(lǐng)銜、為學(xué)科發(fā)展和填補國內(nèi)技術(shù)空白而進(jìn)行的研發(fā)項目， “珞珈一號”沒有一分錢的社會資金，這也是所有數(shù)據(jù)能免費提供下載、且不會進(jìn)行商業(yè)運用的基礎(chǔ)。

與此同時，由于此前國內(nèi)夜間遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)尚屬空白，所以“珞珈一號”監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，究竟還能夠在哪些方面得到應(yīng)用，也是需要進(jìn)一步研究探索的。因此，對比其商業(yè)價值，免費提供數(shù)據(jù)更能促進(jìn)該項目的發(fā)展。科研團(tuán)隊也同時提出倡議，注冊用戶的研發(fā)成果可以進(jìn)一步免費共享。

“大家集思廣益，充分運用我們的數(shù)據(jù)，這樣才能真正發(fā)揮共享平臺的效益?！睆堖^介紹，未來5年內(nèi)，李德仁團(tuán)隊計劃再發(fā)射兩顆衛(wèi)星，為實現(xiàn)全天時、全天候、全地域快速實時的天基信息服務(wù)助力。