小衛星，大未來
——訪上海微小衛星工程中心梁廣研究員

梁廣成為本期啟明星采訪對象，主要是因為在2018星友頒證交流會上，他的自我介紹讓我們記住了他。而就在前不久，上海市領導又專程到上海微小衛星工程中心調研。相關報道特別點明小衛星研發制造可進一步提升上海科創中心建設的實力，也能為經濟轉型、產業升級提供手段和動能。也因為這樣的背景，我們采訪了位于張江的上海微小衛星工程中心的梁廣博士。

梁廣

小年紀，大擔當

梁廣1983年出生于湖南懷化，這也是著名軍事家粟裕大將的故鄉。梁廣的父親曾是一所中學的校長，但因為梁廣上面有4個姐姐，要供養5個孩子，生活壓力可以想見，但父母還是很重視孩子的教育，梁廣的姐姐有念到大專和本科的。姐姐們和梁廣年齡相差不小，因此也都對他呵護有加。梁廣5歲開始上小學，在年級中通常都是最小的那一個，但學習成績卻沒有因為年紀小而受到影響，初中考入了懷化較好的學校，高中也是直接保送的。高考時，他的分數與北京大學的錄取分數線只差兩分，被國防科技大學錄取了，但因為不喜歡這個專業，也因為覺得自己還可以再嘗試一次，所以他放棄了國防科大，準備復讀一年再考。未曾料想考試前發生意外導致受傷，臨考前才醒過來，這樣考試時多少受到影響，最終未能圓自己的清華夢，而被廈門大學電子信息科學與技術專業錄取。未能考進自己理想大學的這個小挫折對于讀書一直很順利的梁廣來說也許是一種磨礪，畢竟人生的道路上誰也不可能一帆風順。

2001年，梁廣入讀廈門大學，廈大以漂亮聞名，但這里也很寬容，鼓勵學生參與校內外各種社會活動。梁廣在校期間參與了很多校園競賽，如全國大學生數學建模大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽等，而且分別獲得了國家二等獎、三等獎和省三等獎。他在大三時就加入了陳忠教授的實驗室團隊，從而較早得到了科研的培養和鍛煉。可以看出，梁廣的4年大學生活十分豐富和充實，用他的話說：“廈門大學是一所漂亮、包容度也很高的學校。”

由于大學時成績優異，梁廣獲得保送資格，被免試推薦到中國科學院上海微系統與信息技術研究所讀研。在合肥的中國科技大學代培一年后，他2006年即到微系統所邊學習、邊做科研。科學院的培養方式基本上是把研究生當職工使用，以工促學，所以那時梁廣就開始參與一些背景型號預研項目的研究。類似梁廣這種依托項目邊學習邊做科研的研究生培養模式在中科院已是比較普遍，只是梁廣所在的研究所因微小衛星研制任務下達得較緊迫而執行得更徹底。2003年12月，在中科院統一部署下，上海微系統所、上海技術物理研究所聯合上海航天技術研究院、上海電信等單位組成的中科院小衛星工程部改名并成立上海微小衛星工程中心（以下簡稱“工程中心”）。工程中心主要從事微小衛星的設計、研發，工程中心成立至今已成功研制包括新一代北斗導航衛星、悟空號、墨子號、天宮二號伴隨衛星等38顆衛星，成為我國科學衛星領域的主力軍。2014年7月，中科院又啟動了“率先行動”計劃暨分類改革，上海微小衛星工程中心成為首批5個試點創新研究院之一，成立了中國科學院微小衛星創新研究院。

上海微小衛星工程中心研制的衛星時間表

梁廣碩博連讀時師從余金培研究員。余老師是科學衛星方面的元老，是神州七號伴星、墨子號伴星的主要設計者及其他先導專項衛星的重要設計者，他也是梁廣科研生涯中的重要領路人。由于多次涉及伴星這一概念，我們請梁廣稍做介紹，他說目前我們的航天系統大都是基于微小衛星和伴隨飛行衛星的協同系統，即利用一顆微小衛星對主星開展空間操作和伴隨飛行，或多顆微小型航天器在軌配合形成網絡化、自主化異構協作系統，通過保持一定的空間構型或操作方位協同工作，聯合發揮效能。

2010年，梁廣博士畢業后留所工作，入職于中科院上海微小衛星工程中心。其實，梁廣所學的電子通訊專業很熱門，找工作相對容易。梁廣坦言，當時除了可以留在研究所工作外，也有企業提供了薪酬幾倍的工作機會，但考慮到研究所和導師對自己的栽培，還是希望能在專業十分對口的崗位上報效祖國。而另一方面，以博士身份直接留所工作其實也是較難的，但由于小衛星事業發展亟須一批優秀人才，研究所對自己培養的學生知根知底，更重要的是梁廣在科研和工程實踐中已經表現出了較強的能力。例如，他在研究生階段就已經開始負責一些項目的研發，完成了基于DBF（數字波束形成技術，廣泛應用于陣列信號處理領域）的星載相控陣（如61通道16波束發射相控陣、19通道7波束相控陣）樣機的研發，這是通信衛星上的核心關鍵部件。事實上，小衛星研究團隊十分年輕，“不按資排輩、以重大成果產出為導向”的體制機制激發了年輕人的積極性和創造力。

小衛星，大容量

在大致介紹了自己入職前的經歷后，梁廣對目前所從事的科研工作做了介紹。其實說起衛星及其用途，我們大多數人并不陌生，所謂衛星就是通過火箭等運載設備發送到外層空間不同軌道高度、執行某種任務的裝置（行話叫載荷）。如裝有照相設備的衛星用于拍照、偵察、調查資源，監測地球氣候和污染等；裝有空間科學設備的衛星可用于科學實驗與探測；裝有通信設備的衛星可用于廣播、電視、電話、數據通信的信號傳輸等。只是在我們不少人的理解中，衛星大多是一個“大家伙”，重則達噸，所以每發射一次都是大成本的投入，但近幾十年來隨著商業需求的不斷擴增，人們對小型（重量達幾十至數百公斤）衛星的需求不斷增加。也就是說，除了保證國家需求外，小衛星研制、發射的進一步市場化、商業化已成為國際發展趨勢。梁廣在碩士研究生的時候就開始介入衛星移動通信方面的研究。以他的理解，在如今這樣一個信息大爆炸的時代，建設融語音、數據、視頻為一體的全球“信息高速公路”終將成為世界各國大力構建的重要基礎設施。而構成“信息高速公路”的核心是一個以光纜信息傳輸為主，輔以電纜、微波和衛星等的覆蓋全球、大容量、高速率的數據通信網。地面光纖雖然具有帶寬大、可靠性高、低延遲等優勢，但即使按最樂觀的成本和時間表，把世界用光纖連接起來仍需要10萬億美元以上的投資和20年以上的時間。而建立衛星通信支線網則相對迅速、安全，而且在全球互聯網接入時，衛星通信顯示出許多較其他傳輸媒介優越的特性：終端架設方便快捷，終端可以在邊遠地區完全獨立地運行，覆蓋面廣（跨國、跨洲或全球，還能克服海洋、沙漠、高山等自然地理障礙）、系統容量大、速率高，在提供互聯網寬帶接入方面有巨大的潛力。

梁廣目前所在的中科院微小衛星創新研究院正在負責研制的全球多媒體衛星系統（GMS）就是通訊、導航與遙感一體化的應用衛星星座系統，一旦投運，用戶可以借助這類衛星在飛機、高鐵、輪船上直接聯網沖浪，享受寬帶的多媒體通信和導航等多種服務，同時還能與物聯網、智能家居等應用相結合，這也順應了近年來衛星朝著多載荷、多業務、多應用方向發展的趨勢。這將是我國第一個兼容多媒體業務的低軌通信衛星星座。說到這里，梁廣應我們要求，介紹了所謂的低軌道衛星和高軌道衛星：高軌道衛星（距地面20000公里以上）雖然覆蓋面大，但存在時間延遲長、一些地區信號弱、通訊感不強，地面終端不易于小型化（如手機等）、不適合移動通訊等問題；低軌衛星（200～1 500公里之間）具有體積小、成本低、效益高、發射容易（不需要大型運載工具且能夠一箭多星）、傳播損耗和延遲時間少、無高軌南山效應等優點。作為地面通訊延伸和補充的GMS通過星座覆蓋可以較好地解決全球實時覆蓋問題，包括一些邊遠、特殊地區（石油鉆井、科學考察和漁民出海等）的通訊難題，以往這些地區使用的海事衛星價格昂貴，且為國外商業公司壟斷，隨著GMS通信衛星的布局，這些邊遠、特殊區域的通訊難題有望解決。也是因為以上背景和特點，GMS系統將納入籌建中的國家專項建設計劃“天地一體化”中，成為其重要組成部分。

梁廣在載荷暗室進行測試

小團隊，大視野

接下來，梁廣對他們研制中的GMS做了進一步介紹（他是該衛星工程副總指揮，同時負責衛星載荷設計研制工作，這其中部分內容也是他這次申報的啟明星的課題）：GMS采用高功能密度設計，具有高集成度、精致靈敏等特點，同時也兼顧了商業應用的低成本設計。當然，低軌衛星仍然需要解決低軌高速運動下面臨的大動態、切換頻繁等特殊問題，這也是梁廣帶領的團隊正在攻克的難題。國際上類似GMS衛星系統的有美國的OneWeb商業衛星星座計劃和埃隆·馬斯克公司的Starlink計劃。相比較這些國際巨頭，雖然作為后來者的我們目前在設計材料、器件工藝水平和關鍵技術上還有一定差距，但梁廣和他所在團隊的小伙伴們信心滿滿，我們看見在研發實驗室張貼著與國際水平對標的時間表。事實上，國家與政府對這些面向國家重大戰略需求的領域一直十分重視。由中科院微系統所、技物所、市科委和上海航天局等組建的上海微小衛星工程中心（另一塊牌子是中科院微小衛星創新研究院）既是衛星總體設計單位，也是應用制造的引領單位，這樣一種體制上的創新是希望力爭在基礎研究領域取得重大進展的同時，在關鍵核心技術領域也能實現重大突破，并能有效帶動衛星產業鏈的集聚與發展，包括衛星的材料供應鏈、應用終端制造和應用業務等，成為上海打響“上海制造”品牌的重要支撐。

梁廣參與研制的高分辨率微納衛星

盡管年方35，但是因為從研究生起就介入相關研究，因此他已是有十幾年研發經歷的科研人員。梁廣在從事衛星移動通信和星載相控陣天線領域（星載相控陣天線技術是提高低軌衛星通信系統性能的核心關鍵技術）的多年研究中，取得了多項國內首創的領先技術成果，并通過多次衛星在軌應用驗證了設計的科學性。例如，他正在研制的“行云”衛星系統主載荷是國內第一個面向商業應用的物聯網信息采集通信衛星載荷，該載荷能力強，終端小巧，甚至可以與手機終端一體化集成，應用到智能家居、智能物流、食品藥品生產運輸的管理和監督中；他是國內首個組網應用的星座系統遙感30號衛星星座的總體主任設計師；他負責的高分專項CX-6衛星點播通信載荷首次實現了面向個人用戶的“即點即看即傳”的實時圖像傳輸業務，后續在推廣到其他衛星中發揮了重要作用，并具備很好的市場推廣價值。

梁廣在研究中較強的技術攻關和創新能力得到了領導和同行的認可和肯定。目前他牽頭與承擔的項目有十幾個，包括今年入選的啟明星計劃、科技部重大專項課題、國家自然科學基金、多項背景型號預研課題等，還入選了中科院青年創新促進會，研究經費達上億元。今年3月，梁廣被任命為工程中心衛星電子信息技術研究所所長。說起啟明星計劃，梁廣說工程中心之前入選啟明星計劃的幾位前輩現在均已成為工程中心的領導和核心骨干，自己也應以他們為榜樣。當我們問起曾訪問過的該中心2010年入選啟明星陳宏宇的近況時，梁廣說陳老師是中科院微小衛星創新研究院微納衛星研究所所長兼創新研究院院長助理、上海科技大學特聘教授。另外兩位啟明星也都擔任了工程中心和創新研究院的領導和業務主管，是多個國家重大型號任務的總設計師、總指揮，也是年輕人學習的榜樣。而擔任有70人團隊的所長后，梁廣明白自己肩上的擔子和責任更重了。杰出的事業培養杰出的人才，我們祝愿梁廣和微小衛星工程中心不斷進步，為國家，為百姓，也為他們自己。

梁、江世亮寫于2018年8月26日