向太空求证奇思妙想——记武汉大学“启明星一号”研制团队
湖北日报全媒记者 田佩雯 通讯员 吴江龙 张学敏
“启明星一号”是我国首颗可见光高光谱和夜光多光谱多模式在轨可编程微纳卫星,以学生为研制主体,具有低成本、快响应和灵活性等特点。
如此高精尖的卫星,为何学生是研制主体?学生是如何参与的?未来“启明星一号”将有何应用?湖北日报全媒记者来到武汉大学宇航科学与技术研究院,了解这颗“学生造”卫星背后的故事。
“真没想到,学生也能造卫星!”
“我们能够主动设计‘启明星一号’的观测任务,精准操控卫星的速度、位置和角度,获得我们想要的各种定点数据。”博士生张雪峰向记者演示了卫星的模拟工作情况。在卫星模拟系统上,一颗张开翅膀的“小盒子”划过地球上空,坐标数值、飞行速度不断变换,卫星下方的视野也逐渐开阔。“如果配备专门的望远镜,甚至能观测到这枚小小的卫星。”高级工程师沈欣说。
2018年,武大曾成功发射“珞珈一号”卫星,但学生主导造卫星,历史上还是第一次。武大宇航研究院教授巫兆聪向记者介绍,研制“启明星一号”的想法,最初就来自于学生。在2019年5月的一场毕业论文答辩上,学生们畅所欲言,提出了许多新颖的想法,但由于当时的卫星数据多数依赖国外,并且大多数据不能满足研究需要,这些想法无法落地。武大宇航研究院教授金光提出,宇航院有技术、有实力,为何不能研制设计自己的卫星呢?经过学院研究,“启明星一号”的研制很快便提上日程。
金光表示,为了集结优秀学生参与,团队在武大广发海报:“无论是本科生还是在读研究生,只要是有志于航天卫星研制的同学都可以报名。”这一举措吸引了不同学科背景的同学报名参加选拔,有的同学本科来自于电子信息专业,有的则来自软件工程专业。来到宇航院后,同学们被分为8个小组,有的负责数字卫星系统的搭建和调试,有的负责地面数据的处理,他们的专业能力在“启明星一号”的研制中得到了充分的整合与发展。“目前团队中,从本科生到博士后,共有50多名学生参与,其中本科生20名左右。”金光说。
“真没想到,学生也能造卫星!”卫星发射前,回望自己几年来的努力,博士生黄淑娟感叹。从事夜光遥感影像应用研究的她,本科阶段就参与到“启明星一号”的设计制造中,“在大一大二的时候,老师带我们去武汉地面站参观,那时我想卫星离我们好遥远。今天能见证自己参与研制的卫星上天,我感到非常荣幸。”
完成科研到应用的闭环
巫兆聪表示,武汉大学遥感学科连续5年排名全球第一,但在培养遥感领域复合型人才方面,此前曾存在两个难题:数据受制于人,许多创新尝试无法深入;硬件制造环节缺失,学生们的创新工作急需一个实验场。
为什么要以学生为主体研制“启明星一号”卫星?可以说,“启明星一号”是一枚纽扣,帮助合上卫星从科研到应用的闭环。巫兆聪解释,有了“启明星一号”这个“空间实验室”,学生们可以突破教材、论文、课堂的有限知识,按照他们的创意设计应用方案,通过卫星的研制、发射、监测,全面熟悉掌握卫星相关技术及应用,得到珍贵的一手数据,从而验证他们当初的奇思妙想是否合理、是否可行。
“纸上得来终觉浅,决知此事要躬行”是很多同学的共同体会。硕士生周昊在“启明星一号”研制过程中负责传感器集成和测试。1月下旬,他曾远赴海南文昌,对“启明星一号”卫星的部件进行最后的测试,发射当天,他也在文昌见证这一激动人心的时刻。“测试过程中最大的难点,在于学习多种传感器的原理。”谈起“启明星一号”的测试过程,周昊表示,传感器涉及广泛的知识面,一旦没有理解传输协议,或者软硬件出了问题,都需要系统性地排查,这也对他的动手能力提出了很高的要求,“相机是测得最多的,为了安全发射,所有部件我们都要反复进行测试,平均每个部件要测10次左右。”
学生们的创新思路在“启明星一号”上也得到了呈现。过去夜光卫星拍摄的图像大多为黑白两色,在导师李熙教授的指导下,博士生李津津提出:是否能让遥感图像“带点颜色”?以红绿蓝为主的色彩显示过于简单,因此李津津和团队尝试在红绿蓝基础上又增加了深蓝、浅蓝、深黄、浅黄等多种颜色,并参与到图像参数的调整,让画面显示更加完善。“我们给予学生创新的土壤,由学生主导研制卫星,这在全国来说都很少见。”金光说。
“启明星”数据将对全世界开放
卫星研制过程中,李德仁院士、龚健雅院士、曾国强教授等专家给予了很多指导。作为项目具体负责人,金光教授、毛庆洲教授、张学敏副教授带领学生开展卫星技术参数讨论、卫星总体设计、卫星装配测试,攻克了卫星一体化设计、载荷研制、姿态控制等难关,积累了丰富的工程实践经验,并将最终的研发费用降至500万元,发射费用约300万元,做到了效益最大化。
“在我们心中,‘启明星一号’是一座里程碑!”“我们能做更多创新性、个性化的实验尝试!”武大“学生造”卫星成功发射入轨,极大鼓舞了同学们的自信,与此同时,有关后续研究也在陆续展开。
武大宇航研究院教授李熙介绍,“启明星一号”搭载了全球第一颗8谱段夜光相机,在即将开展的全球夜光遥感观测活动中,相机将从太空俯瞰地球,在夜晚捕捉城市发光分布情况,从而反映社会经济活动的变化。“传统夜光遥感搭载的相机最多只有3个谱段,那么8个谱段能看到什么东西,我们非常期待。”李熙说。
“未来‘启明星一号’的数据将对全世界用户免费开放。”李熙补充,目前团队已经收到了来自联合国卫星中心、地球观测组织等多家机构的几十份数据拍摄需求,“他们都对我们卫星的数据产生了极大兴趣。我们相信,‘启明星一号’的发射不仅能提升武汉大学的科研实力,也能为推动人类命运共同体建设贡献一定的力量。”
据了解,“启明星一号”卫星发射后,武汉大学还将依托宇航研究院,发射“珞珈二号01星”“珞珈三号01星”“珞珈三号02星”。武汉大学副校长吴平表示,从“珞珈一号”到“启明星一号”,武大师生不断取得一个又一个技术突破,以学生为主研制卫星的举措是武汉大学充分发挥科研优势,将科研育人落到实处的具体体现。
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