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?hào)01星”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“珞珈一號(hào)”）的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(cè)試評(píng)審會(huì)暨夜光遙感應(yīng)用研討會(huì)”上，來(lái)自國(guó)內(nèi)航天航空領(lǐng)域的40余位專(zhuān)家一致認(rèn)為，一個(gè)月前發(fā)射的“珞珈一號(hào)”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(duì)的首席科學(xué)家、兩院院士李德仁發(fā)出倡議：將珞珈一號(hào)觀測(cè)到的夜光遙感數(shù)據(jù)免費(fèi)提供給注冊(cè)用戶(hù)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(gè)詞，到底與我們有著哪些關(guān)聯(lián)？近日，項(xiàng)目牽頭人之一、武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授張過(guò)接受了《支點(diǎn)》記者的專(zhuān)訪，講述珞珈一號(hào)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(hào)”已經(jīng)在太空遨游33天了。

這是“珞珈一號(hào)”的在軌測(cè)試期。從6月2日它搭載著長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道時(shí)起，研發(fā)團(tuán)隊(duì)就沒(méi)有停止過(guò)對(duì)它的修正工作。在它發(fā)射后發(fā)現(xiàn)的3個(gè)問(wèn)題，需要在這個(gè)期間得到解決。

7月9日，40余位專(zhuān)家齊聚武漢大學(xué)，他們來(lái)自國(guó)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(guó)航天科技集團(tuán)、國(guó)防科技大學(xué)、中科院電子所、三亞遙感中心、國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心等科研院所和企業(yè)。與會(huì)專(zhuān)家給出一致意見(jiàn)：“珞珈一號(hào)”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(guò)告訴《支點(diǎn)》記者，“珞珈一號(hào)”將開(kāi)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(gè)分支，它可以獲取夜間、兀云條件下地表發(fā)射的可見(jiàn)光信息，而這些信息大部分都是由地表人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的。

“珞珈一號(hào)”被業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“全球首顆專(zhuān)業(yè)夜光遙感衛(wèi)星”。張過(guò)表示，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)可見(jiàn)光遙感衛(wèi)星的傳感器成像時(shí)間都是白天。“相較于普通遙感衛(wèi)星拍攝的白天影像，夜光遙感更能直接反映人類(lèi)活動(dòng)的信息，因此它在社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如果說(shuō)普通遙感主要是用來(lái)觀測(cè)地球和白然界的變化，夜光遙感就是以人類(lèi)為中心開(kāi)展的觀測(cè)，在社會(huì)生活中，更具有實(shí)用價(jià)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?！?/p>

張過(guò)的導(dǎo)師李德仁院士，是武漢大學(xué)知名的攝影測(cè)最與遙感學(xué)家，被稱(chēng)為我國(guó)“遙感測(cè)繪第一人”。多年來(lái)，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(xiàng)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(hào)”。研發(fā)團(tuán)隊(duì)由李德仁領(lǐng)銜，基十武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組建。

“珞珈一號(hào)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(hào)”卻緣何只有0.5公里？張過(guò)透露，實(shí)際上，關(guān)于“珞珈一號(hào)”的分辨率到底要達(dá)到何種水平，科研團(tuán)隊(duì)內(nèi)部曾有過(guò)爭(zhēng)論。

據(jù)認(rèn)證測(cè)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?xún)?nèi)，而若要達(dá)到0.1公里，造價(jià)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(zhǎng)，而是指數(shù)增長(zhǎng)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)分析了美國(guó)的DMSP（國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)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(shí)現(xiàn)晚上看云的目標(biāo)已經(jīng)足夠。2011年，美國(guó)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(chēng)為史上最清晰地球夜景。

那么對(duì)于主要研究社會(huì)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(duì)最終達(dá)成一致意見(jiàn)：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?xún)r(jià)比?！拔覀儧Q定是0.5公里的分辨率。因?yàn)檫@個(gè)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值?！睆堖^(guò)說(shuō)。

八成衛(wèi)星組件中國(guó)造

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

起初，研發(fā)團(tuán)隊(duì)想走社會(huì)投融資的途徑，這就需要一份商業(yè)計(jì)劃書(shū)，“這是全新的東西，我們研發(fā)的目的不是賺錢(qián)，也不知道到底能賺多少錢(qián)”。張過(guò)說(shuō)，這條路沒(méi)走通。最終，研發(fā)團(tuán)隊(duì)向武漢大學(xué)提出申請(qǐng)并獲得支持。2016年9月份，“珞珈一號(hào)”研發(fā)經(jīng)費(fèi)落實(shí)。實(shí)際上，即使在沒(méi)有資金支持的一年半時(shí)間里，整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)也始終沒(méi)有停歇。

以李德仁為核心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，是國(guó)內(nèi)測(cè)繪遙感學(xué)科的頂級(jí)團(tuán)隊(duì)，主要做的是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。通俗來(lái)說(shuō)，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(shí)，對(duì)于一個(gè)學(xué)科來(lái)說(shuō)，要想發(fā)展，只知道學(xué)科的核心是不夠的?！边@是一個(gè)重新學(xué)習(xí)的過(guò)程，張過(guò)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(jì)、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(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科，并且需要有很深的專(zhuān)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(gè)原件都要多次檢測(cè)確保運(yùn)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(shí)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(guò)程中，團(tuán)隊(duì)不斷求助各個(gè)學(xué)科的專(zhuān)家，即便如此，還是遇到過(guò)許多難題。

2017年10月，“珞珈一號(hào)”進(jìn)行首次模擬衛(wèi)星發(fā)射沖擊實(shí)驗(yàn)，每個(gè)零部件原本被設(shè)計(jì)為可抗2000G的沖擊力，但試驗(yàn)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(méi)上天，有的零件可能就在發(fā)射過(guò)程中毀掉了。為解決問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)向國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家請(qǐng)教，先后兩次對(duì)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在第4次實(shí)驗(yàn)后，這一問(wèn)題終于得到解決。

為控制成本，所有采購(gòu)都由研發(fā)團(tuán)隊(duì)一手操辦?！靶l(wèi)星每個(gè)組件的成本，我們都清楚?！睆埥淌诟嬖V《支點(diǎn)》記者，在這顆重量為365公斤的衛(wèi)星上，國(guó)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(gè)平衡，用最低成本達(dá)到需要的效果。

“有沒(méi)有考慮過(guò)衛(wèi)星發(fā)射會(huì)失??？”面對(duì)記者的問(wèn)題，張過(guò)直言：“不止一次地考慮過(guò)。沒(méi)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(shí)驗(yàn)時(shí)做到最充分。”

“追光”數(shù)據(jù)將全球免費(fèi)共享

在“珞珈一號(hào)在軌測(cè)試評(píng)審會(huì)”上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)透露了珞珈一號(hào)在城市規(guī)劃、海洋漁業(yè)、社會(huì)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(lèi)活動(dòng)高度關(guān)聯(lián)，可被廣泛應(yīng)用十社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量估算、城市化過(guò)程監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境評(píng)估等領(lǐng)域。研究表明，夜光遙感總值與國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）有較強(qiáng)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(cè)區(qū)域的國(guó)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(yùn)最等關(guān)鍵社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量，有助于宏觀了解一個(gè)國(guó)家或區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。

張過(guò)介紹，理想條件下，“珞珈一號(hào)”可在15天內(nèi)繪制完成全球夜光影像，可提供我國(guó)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(zhuān)題產(chǎn)品。這些動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中國(guó)和全球宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(hào)”搭載長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)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(cè)用戶(hù)免費(fèi)提供下載，用于促進(jìn)夜光遙感科學(xué)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)應(yīng)用。張過(guò)表示，作為一項(xiàng)由高校領(lǐng)銜、為學(xué)科發(fā)展和填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白而進(jìn)行的研發(fā)項(xiàng)目， “珞珈一號(hào)”沒(méi)有一分錢(qián)的社會(huì)資金，這也是所有數(shù)據(jù)能免費(fèi)提供下載、且不會(huì)進(jìn)行商業(yè)運(yùn)用的基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，由于此前國(guó)內(nèi)夜間遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)尚屬空白，所以“珞珈一號(hào)”監(jiān)測(cè)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(duì)比其商業(yè)價(jià)值，免費(fèi)提供數(shù)據(jù)更能促進(jìn)該項(xiàng)目的發(fā)展?？蒲袌F(tuán)隊(duì)也同時(shí)提出倡議，注冊(cè)用戶(hù)的研發(fā)成果可以進(jìn)一步免費(fèi)共享。

“大家集思廣益，充分運(yùn)用我們的數(shù)據(jù)，這樣才能真正發(fā)揮共享平臺(tái)的效益?！睆堖^(guò)介紹，未來(lái)5年內(nèi)，李德仁團(tuán)隊(duì)計(jì)劃再發(fā)射兩顆衛(wèi)星，為實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候、全地域快速實(shí)時(shí)的天基信息服務(wù)助力。