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大学生造卫星,一场800万元的试验

来源:遥感 时间:2023/10/2
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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。年退休后,他获邀加入武汉大学宇航科学与技术研究院,学校拨给了他万元科研启动经费。金光从中拿出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”,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,购买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。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?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。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。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电话求救。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,花了金光万元的科研经费。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

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