地球人如何自拍？?總共分三步。

第一步：豎起自拍桿。

第二步：按動自拍鍵。

第三步：查看手機。

如何給地球自拍？ 也總共分三步。

第一步：發(fā)射一顆火箭，并釋放一顆小型遙感微波衛(wèi)星。

第二步：遙控衛(wèi)星上的雷達為地球“拍照”。

第三步：在地球上接收這張“自拍照”。

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文 |?梁巍

責編 | 徐宏博?

地球自拍

2020年12月22日，“海絲一號”衛(wèi)星搭乘長征八號運載火箭在文昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。

在一般人的觀點里，只要衛(wèi)星升空成功，一切就萬事大吉。但實際上，在衛(wèi)星升空成功之后，周坪和他的同事們才真正緊張起來。

周坪擔任中國電科38所“海絲一號”衛(wèi)星載荷項目的副總工程師。“海絲一號”是一顆小型微波遙感衛(wèi)星，衛(wèi)星上搭載著一臺商業(yè)SAR（合成孔徑雷達）。而這臺雷達（載荷）就是由周坪和他的同事研發(fā)的。

現(xiàn)在，衛(wèi)星已經(jīng)升空，剩下的就看雷達的了。周坪的任務是讓衛(wèi)星上搭載的雷達在距離地面550公里的太空給地球成功“自拍”。

衛(wèi)星升空成功，只相當于“自拍桿”豎起來了；但是拍不拍得出來圖像，圖像清不清楚，拍出來能不能傳回地球，那是另外一碼事。

實際上，在衛(wèi)星升空之后的幾天內(nèi)，周坪一直高度緊張。

衛(wèi)星在入軌后，必須經(jīng)過能源及熱控狀態(tài)確認、姿控敏感部件在軌標校、衛(wèi)星各姿控模式精度確認、數(shù)傳鏈路功能確認及SAR載荷的開通測試、星地系統(tǒng)聯(lián)通測試等一系列動作，至此才能開啟成像任務規(guī)劃、工作指令上傳、雷達回波數(shù)據(jù)獲取，下傳和地面成像處理等全鏈路閉環(huán)。

“過程中一點錯都不能犯。”周坪說。太空和地面不同，面對的是完全不同的材料體系和空間特性，還要承受各種太空粒子的沖擊?！霸谔罩谐隽藛栴}，想更換零件都沒門?！?/p>

12月25日夜里23時59分，“海絲一號”首次成像工作獲得有效回波數(shù)據(jù)。

12月27日，衛(wèi)星完成首批回波數(shù)據(jù)獲取，獲得首批多幅高清SAR圖像，也實現(xiàn)了我國首顆商業(yè)SAR衛(wèi)星的高質(zhì)量成像。

“海絲一號”拍出來的第一張“地球自拍”是河北省白洋淀，周坪把圖像一直存在手機里。因為是第一次“自拍”，不少參數(shù)還沒完全調(diào)校好?！叭绻袁F(xiàn)在的眼光看，這一張圖像的質(zhì)量并不高。但是（圖像）能出來，所有的調(diào)試、實驗流程都走完了。那也表示我們的任務完成了?！?/p>

拿到這張“自拍照”，整個團隊緊繃了一年半的神經(jīng)終于放松了下來。

天仙星座計劃

三年前，周坪開始投身小型商業(yè)遙感微波衛(wèi)星的研發(fā)。

2019年6月，周坪和團隊接到任務研制“海絲一號”載荷?！耙粋€最主要的要求就是快——只給一年半時間?！?/p>

這個時間根本不夠用。按照正常流程，研發(fā)一顆商業(yè)SAR（合成孔徑雷達）衛(wèi)星需要4至5年時間。

在周坪接到任務的同時，火箭將在2020年底發(fā)射的時間窗口也大致定下來了。

行業(yè)內(nèi)管這叫做“后墻不倒”。“后墻”就是火箭發(fā)射時間。因為火箭發(fā)射不可更改，因此衛(wèi)星研制也沒有任何轉圜余地?！安还苡龅饺魏卫щy，出什么幺蛾子，發(fā)射窗口的那堵‘墻’一直就在身后等著你?！?/p>

為什么要這么快?

四年以前，埃隆·馬斯克宣布SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，并從2020年開始工作。這一項目被命名為“星鏈”（Starlink）。

“‘星鏈’是要組成一個覆蓋全球的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)?！币晃缓教旌娇战缛耸扛嬖V安徽商報融媒體記者：“你可以簡單理解把整個互聯(lián)網(wǎng)基礎設施搬上太空?！?/p>

當時很多人覺得埃隆·馬斯克在吹牛。

但是從2019年5月，星鏈計劃開始加速，每個月幾乎都發(fā)射1至2次，每次發(fā)射60顆左右。

截至目前，已經(jīng)發(fā)射了2000多顆衛(wèi)星。埃隆·馬斯克也把星鏈計劃的發(fā)射總數(shù)，從原來設想的1.2萬顆提高到了4.2萬顆。

低軌通信衛(wèi)星的理想高度是離地面550公里，太低或太高都不行，在這個理想高度能容納的衛(wèi)星數(shù)量是有限的。目前，國際電信聯(lián)盟機構基本實行“先到先得”原則。就好像美國西進運動一樣，誰跑得快，這兒就歸誰。因此，“星鏈計劃”也被外界評價為“走自己的路，讓別人無路可走”。

“海絲一號”，就是在這樣的背景下啟動研發(fā)的。

需要指出的是，人造衛(wèi)星從用途上可以分為遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和導航衛(wèi)星（通導遙）等種類。“星鏈”主打的是通信；而“海絲一號”則主打遙感，兩者在太空中相互干涉不多。

但有一點可以肯定，軌道資源是有限的，早日將第一批國產(chǎn)商業(yè)化遙感衛(wèi)星放上太空，有利于搶占先機，并率先培育一批市場應用場景。

在“海絲一號”背后,其實還藏著一個龐大的商業(yè)發(fā)射計劃——“天仙星座”——中國電科38所計劃用差不多十年時間，把96顆輕小型、高性能SAR（合成孔徑雷達）衛(wèi)星部署在多個軌道面，通過多星組網(wǎng)搶先構建中國的商業(yè)遙感數(shù)據(jù)服務能力。

據(jù)悉，“天仙星座”項目由中電博微牽頭,中電博微天地信息網(wǎng)絡研究院則負責做系統(tǒng)總體設計、地面系統(tǒng)設計及衛(wèi)星運營。

該星座計劃也是安徽省空天信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。

“海絲一號”就是這個計劃的試驗星，擔負著驗證整個技術可行性的重任。在團隊內(nèi)部，它被稱為“01號”。

周坪回憶：整個2020年團隊都沒有休息。周末、“五一”、“十一”都在加班加點。熬夜是家常便飯，最常見的作息規(guī)律是測試間調(diào)試到夜里兩三點，回家洗澡、換衣服、躺上幾個小時，早上8點鐘繼續(xù)開干。

除了時間壓力，還有一項巨大的考驗就是“國產(chǎn)化”——“海絲一號”實現(xiàn)了核心元器件100%的國產(chǎn)化率。

2020年前后，正是美國對華為的制裁措施全面升級的階段，實現(xiàn)“海絲一號”SAR載荷的核心器件國產(chǎn)化是整個項目團隊的共識。

但是，用國產(chǎn)化器件難度特別大，一些國產(chǎn)元器件本身也是新研發(fā)的產(chǎn)品，在使用中有很多問題。當時，因為某一個國產(chǎn)芯片，整個團隊把一個單機翻了三版，相當于做了三次樣機，才把問題解決掉。

周坪回憶，第三次做樣機的時候，離最后發(fā)射只剩下四個月?！敖箲]得睡不著，后面還有一系列的實驗驗證沒做。”

想來想去，團隊決定：即使發(fā)射延期，也要堅持國產(chǎn)化?！?1號是整個‘天仙星座’試驗星。如果核心元器件不能保證自給自足，即使這一顆上去了又怎么樣？后面那些星被卡脖子了怎么辦？人家一斷供，你就沒招了?！?/p>

巢湖一號

周坪告訴記者，運行至今，“海絲一號”累計已拍攝一萬多景。

2021年7月25日，河南強降水?！昂＝z一號” 獲取5600平方公里的SAR影像，數(shù)據(jù)提供給應急管理部國家減災中心用于災情評估。

今年年初，南太平洋島國湯加火山爆發(fā)后，由于互聯(lián)網(wǎng)和通訊網(wǎng)全部中斷，湯加全國失聯(lián)。

“海絲一號”分別于當?shù)貢r間1月17日1時、1月18日0時，連續(xù)兩晚成功獲取湯加王國首都努庫阿洛法地區(qū)與湯加王國洪阿哈阿帕伊火山地區(qū)的災后SAR衛(wèi)星影像。

沒有“海絲一號”，就不會有后面的“巢湖一號”。

2021年9月28日，也就是在“海絲一號”上天9個月之后，中國電科38所在十三屆中國航展上正式發(fā)布了“天仙星座”計劃。構建部署在多個軌道面、96顆輕小型高性能SAR雷達衛(wèi)星構成的“星座計劃”，一時間震驚業(yè)界。

“巢湖一號”就是96顆星中的首發(fā)星，團隊內(nèi)部稱為“02號”。

相比“海絲一號”，“巢湖一號”進一步優(yōu)化了衛(wèi)星平臺和雷達載荷設計，使得衛(wèi)星在成像幅寬、分辨率、最大成像時長、數(shù)據(jù)傳輸、軌控等核心能力上均有了顯著提升，并增加了區(qū)域多點目標的連續(xù)成像能力、精密定軌能力及在軌AI處理功能。

“02號的個頭更大?！敝芷赫f?！俺埠惶枴北取昂＝z一號”的個頭大了40%，能力也大幅提升。兩顆衛(wèi)星都在太陽同步軌道上運行，繞地球一圈的時間約在90分鐘。但是同樣繞這一圈，“海絲一號”只能拍攝2分鐘，而巢湖一號則能拍攝5分鐘。

兩顆衛(wèi)星相互倚靠，也宣告中國實現(xiàn)商業(yè)SAR雙星組網(wǎng)運行。“當軌道上只有一顆遙感衛(wèi)星時，你想拍到合肥，大概需要三到四天；但是當天上有兩顆（海絲一號、巢湖一號），大概就只需要兩天了。”周坪表示。

而伴隨“天仙星座”計劃逐步實現(xiàn)，一個遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡將分階段實現(xiàn)安徽、中國、全球的天級覆蓋和“一小時重訪”。

2022年2月27日11時06分，我國在文昌航天發(fā)射場使用長征八號運載火箭成功將包括“巢湖一號”衛(wèi)星在內(nèi)的22顆衛(wèi)星發(fā)射升空，創(chuàng)造我國一箭多星新紀錄。

發(fā)射成功后，“巢湖一號”飛臨巢湖上空。團隊決定用“巢湖一號”拍攝合肥，“照片”在3月5日晚拍攝，團隊有意在影像中顯示出“長江、巢湖和淮河”的相互關系，整個影像覆蓋約7000平方公里。

最終在媒體上展現(xiàn)出的畫面是壓縮之后的局部圖片。在周坪給記者展示的原版影像中，合肥市南二環(huán)上的路燈清晰可見。

“我們計劃通過自主研發(fā)衛(wèi)星降低成本，然后批量將其送入太空，形成大規(guī)模的‘星座’，向地面提供具有性價比的衛(wèi)星服務?！眳⑴c研制“巢湖一號”的天儀研究院聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術官任維佳透露，2022年，“天仙星座”將在合肥實現(xiàn)“多星連發(fā)”。

周坪告訴記者：“巢湖一號”仍需要3至6個月的調(diào)試。作為整個天仙星座計劃的第一顆，“巢湖一號”的成功在商業(yè)SAR衛(wèi)星領域是一個重大突破。“目前，整個太空中的商業(yè)微波遙感小衛(wèi)星并不多，美國有四至五顆；中國有四顆；歐洲有十五六顆?！?/p>

一旦中國率先組網(wǎng)成功，將可能搶先一步培育場景應用，并收獲巨大的商業(yè)利益。

對話

安徽商報: 到底什么是合成孔徑雷達衛(wèi)星（SAR衛(wèi)星）？

周坪: 從功能來說，SAR就是一個強大的相機，只不過是以微波來代替?zhèn)鹘y(tǒng)可見光來拍照的。

衛(wèi)星把微波發(fā)射到地面，再接收反射回來的微波信號，通過處理得到圖像。

用這種“相機”對地球拍照時，相當于人們處于太空的視角看地球，在地球上空幾百公里的高度，看的面積自然就很大。

同時衛(wèi)星飛在太空中，不受地域限制，在世界范圍內(nèi)想拍哪都可以。

安徽商報:那為什么不用可見光來“拍照”呢？

周坪:因為用微波“拍照”比光學相機有優(yōu)勢。

用可見光，一下雨、一起霧就沒辦法拍了。但是微波可以全天時、全天候拍攝，穿云透霧不受天氣影響。

安徽商報：遙感衛(wèi)星一旦組網(wǎng),未來的商業(yè)價值將體現(xiàn)在哪里？

周坪：SAR衛(wèi)星能廣泛應用于國土資源普查和地形測繪、海洋環(huán)境監(jiān)測與船舶識別、農(nóng)產(chǎn)品估產(chǎn)與農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、地質(zhì)與水旱災害監(jiān)測及防災減災、城市、能源、交通、礦山等安全評估與應急響應以及保險與期貨行業(yè)，尤其在復雜氣象條件下的應急遙感監(jiān)測應用方面具有獨特優(yōu)勢。

安徽商報：你看過那么多遙感衛(wèi)星拍下的地球圖像，印象最深刻的是什么？

周坪：讓我印象最深的還是一些人類工程。

比如中國海南的?；◢u、迪拜的那三座人工群島（棕櫚島），從太空角度看到這些（人造工程），（我）還是被人類巨大的力量震撼，他們在這個星球上留下了無法抹去的痕跡。

（應受訪者要求,文中周坪為化名）

（安徽商報政經(jīng)八百工作室出品）