安徽逐鹿『空天』

地球人如何自拍？ 总共分三步。

第一步：竖起自拍杆。

第二步：按动自拍键。

第三步：查看手机。

如何给地球自拍？ 也总共分三步。

第一步：发射一颗火箭，并释放一颗小型遥感微波卫星。

第二步：遥控卫星上的雷达为地球“拍照”。

第三步：在地球上接收这张“自拍照”。

全文共4284字，阅读大约需要11分钟

本文首发于安徽商报 未经授权 不得转载

文 | 梁巍

责编 | 徐宏博 

地球自拍

2020年12月22日，“海丝一号”卫星搭乘长征八号运载火箭在文昌卫星发射中心发射升空。

在一般人的观点里，只要卫星升空成功，一切就万事大吉。但实际上，在卫星升空成功之后，周坪和他的同事们才真正紧张起来。

周坪担任中国电科38所“海丝一号”卫星载荷项目的副总工程师。“海丝一号”是一颗小型微波遥感卫星，卫星上搭载着一台商业SAR（合成孔径雷达）。而这台雷达（载荷）就是由周坪和他的同事研发的。

现在，卫星已经升空，剩下的就看雷达的了。周坪的任务是让卫星上搭载的雷达在距离地面550公里的太空给地球成功“自拍”。

卫星升空成功，只相当于“自拍杆”竖起来了；但是拍不拍得出来图像，图像清不清楚，拍出来能不能传回地球，那是另外一码事。

实际上，在卫星升空之后的几天内，周坪一直高度紧张。

卫星在入轨后，必须经过能源及热控状态确认、姿控敏感部件在轨标校、卫星各姿控模式精度确认、数传链路功能确认及SAR载荷的开通测试、星地系统联通测试等一系列动作，至此才能开启成像任务规划、工作指令上传、雷达回波数据获取，下传和地面成像处理等全链路闭环。

“过程中一点错都不能犯。”周坪说。太空和地面不同，面对的是完全不同的材料体系和空间特性，还要承受各种太空粒子的冲击。“在太空中出了问题，想更换零件都没门。”

12月25日夜里23时59分，“海丝一号”首次成像工作获得有效回波数据。

12月27日，卫星完成首批回波数据获取，获得首批多幅高清SAR图像，也实现了我国首颗商业SAR卫星的高质量成像。

“海丝一号”拍出来的第一张“地球自拍”是河北省白洋淀，周坪把图像一直存在手机里。因为是第一次“自拍”，不少参数还没完全调校好。“如果以现在的眼光看，这一张图像的质量并不高。但是（图像）能出来，所有的调试、实验流程都走完了。那也表示我们的任务完成了。”

拿到这张“自拍照”，整个团队紧绷了一年半的神经终于放松了下来。

天仙星座计划

三年前，周坪开始投身小型商业遥感微波卫星的研发。

2019年6月，周坪和团队接到任务研制“海丝一号”载荷。“一个最主要的要求就是快——只给一年半时间。”

这个时间根本不够用。按照正常流程，研发一颗商业SAR（合成孔径雷达）卫星需要4至5年时间。

在周坪接到任务的同时，火箭将在2020年底发射的时间窗口也大致定下来了。

行业内管这叫做“后墙不倒”。“后墙”就是火箭发射时间。因为火箭发射不可更改，因此卫星研制也没有任何转圜余地。“不管遇到任何困难，出什么幺蛾子，发射窗口的那堵‘墙’一直就在身后等着你。”

为什么要这么快?

四年以前，埃隆·马斯克宣布SpaceX计划将约1.2万颗通信卫星发射到轨道,其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道，并从2020年开始工作。这一项目被命名为“星链”（Starlink）。

“‘星链’是要组成一个覆盖全球的卫星互联网。”一位航天航空界人士告诉安徽商报融媒体记者：“你可以简单理解把整个互联网基础设施搬上太空。”

当时很多人觉得埃隆·马斯克在吹牛。

但是从2019年5月，星链计划开始加速，每个月几乎都发射1至2次，每次发射60颗左右。

截至目前，已经发射了2000多颗卫星。埃隆·马斯克也把星链计划的发射总数，从原来设想的1.2万颗提高到了4.2万颗。

低轨通信卫星的理想高度是离地面550公里，太低或太高都不行，在这个理想高度能容纳的卫星数量是有限的。目前，国际电信联盟机构基本实行“先到先得”原则。就好像美国西进运动一样，谁跑得快，这儿就归谁。因此，“星链计划”也被外界评价为“走自己的路，让别人无路可走”。

“海丝一号”，就是在这样的背景下启动研发的。

需要指出的是，人造卫星从用途上可以分为遥感卫星、通信卫星和导航卫星（通导遥）等种类。“星链”主打的是通信；而“海丝一号”则主打遥感，两者在太空中相互干涉不多。

但有一点可以肯定，轨道资源是有限的，早日将第一批国产商业化遥感卫星放上太空，有利于抢占先机，并率先培育一批市场应用场景。

在“海丝一号”背后,其实还藏着一个庞大的商业发射计划——“天仙星座”——中国电科38所计划用差不多十年时间，把96颗轻小型、高性能SAR（合成孔径雷达）卫星部署在多个轨道面，通过多星组网抢先构建中国的商业遥感数据服务能力。

据悉，“天仙星座”项目由中电博微牵头,中电博微天地信息网络研究院则负责做系统总体设计、地面系统设计及卫星运营。

该星座计划也是安徽省空天信息产业发展规划的重要组成部分。

“海丝一号”就是这个计划的试验星，担负着验证整个技术可行性的重任。在团队内部，它被称为“01号”。

周坪回忆：整个2020年团队都没有休息。周末、“五一”、“十一”都在加班加点。熬夜是家常便饭，最常见的作息规律是测试间调试到夜里两三点，回家洗澡、换衣服、躺上几个小时，早上8点钟继续开干。

除了时间压力，还有一项巨大的考验就是“国产化”——“海丝一号”实现了核心元器件100%的国产化率。

2020年前后，正是美国对华为的制裁措施全面升级的阶段，实现“海丝一号”SAR载荷的核心器件国产化是整个项目团队的共识。

但是，用国产化器件难度特别大，一些国产元器件本身也是新研发的产品，在使用中有很多问题。当时，因为某一个国产芯片，整个团队把一个单机翻了三版，相当于做了三次样机，才把问题解决掉。

周坪回忆，第三次做样机的时候，离最后发射只剩下四个月。“焦虑得睡不着，后面还有一系列的实验验证没做。”

想来想去，团队决定：即使发射延期，也要坚持国产化。“01号是整个‘天仙星座’试验星。如果核心元器件不能保证自给自足，即使这一颗上去了又怎么样？后面那些星被卡脖子了怎么办？人家一断供，你就没招了。”

巢湖一号

周坪告诉记者，运行至今，“海丝一号”累计已拍摄一万多景。

2021年7月25日，河南强降水。“海丝一号” 获取5600平方公里的SAR影像，数据提供给应急管理部国家减灾中心用于灾情评估。

今年年初，南太平洋岛国汤加火山爆发后，由于互联网和通讯网全部中断，汤加全国失联。

“海丝一号”分别于当地时间1月17日1时、1月18日0时，连续两晚成功获取汤加王国首都努库阿洛法地区与汤加王国洪阿哈阿帕伊火山地区的灾后SAR卫星影像。

没有“海丝一号”，就不会有后面的“巢湖一号”。

2021年9月28日，也就是在“海丝一号”上天9个月之后，中国电科38所在十三届中国航展上正式发布了“天仙星座”计划。构建部署在多个轨道面、96颗轻小型高性能SAR雷达卫星构成的“星座计划”，一时间震惊业界。

“巢湖一号”就是96颗星中的首发星，团队内部称为“02号”。

相比“海丝一号”，“巢湖一号”进一步优化了卫星平台和雷达载荷设计，使得卫星在成像幅宽、分辨率、最大成像时长、数据传输、轨控等核心能力上均有了显著提升，并增加了区域多点目标的连续成像能力、精密定轨能力及在轨AI处理功能。

“02号的个头更大。”周坪说。“巢湖一号”比“海丝一号”的个头大了40%，能力也大幅提升。两颗卫星都在太阳同步轨道上运行，绕地球一圈的时间约在90分钟。但是同样绕这一圈，“海丝一号”只能拍摄2分钟，而巢湖一号则能拍摄5分钟。

两颗卫星相互倚靠，也宣告中国实现商业SAR双星组网运行。“当轨道上只有一颗遥感卫星时，你想拍到合肥，大概需要三到四天；但是当天上有两颗（海丝一号、巢湖一号），大概就只需要两天了。”周坪表示。

而伴随“天仙星座”计划逐步实现，一个遥感卫星网络将分阶段实现安徽、中国、全球的天级覆盖和“一小时重访”。

2022年2月27日11时06分，我国在文昌航天发射场使用长征八号运载火箭成功将包括“巢湖一号”卫星在内的22颗卫星发射升空，创造我国一箭多星新纪录。

发射成功后，“巢湖一号”飞临巢湖上空。团队决定用“巢湖一号”拍摄合肥，“照片”在3月5日晚拍摄，团队有意在影像中显示出“长江、巢湖和淮河”的相互关系，整个影像覆盖约7000平方公里。

最终在媒体上展现出的画面是压缩之后的局部图片。在周坪给记者展示的原版影像中，合肥市南二环上的路灯清晰可见。

“我们计划通过自主研发卫星降低成本，然后批量将其送入太空，形成大规模的‘星座’，向地面提供具有性价比的卫星服务。”参与研制“巢湖一号”的天仪研究院联合创始人、首席技术官任维佳透露，2022年，“天仙星座”将在合肥实现“多星连发”。

周坪告诉记者：“巢湖一号”仍需要3至6个月的调试。作为整个天仙星座计划的第一颗，“巢湖一号”的成功在商业SAR卫星领域是一个重大突破。“目前，整个太空中的商业微波遥感小卫星并不多，美国有四至五颗；中国有四颗；欧洲有十五六颗。”

一旦中国率先组网成功，将可能抢先一步培育场景应用，并收获巨大的商业利益。

对话

安徽商报: 到底什么是合成孔径雷达卫星（SAR卫星）？

周坪: 从功能来说，SAR就是一个强大的相机，只不过是以微波来代替传统可见光来拍照的。

卫星把微波发射到地面，再接收反射回来的微波信号，通过处理得到图像。

用这种“相机”对地球拍照时，相当于人们处于太空的视角看地球，在地球上空几百公里的高度，看的面积自然就很大。

同时卫星飞在太空中，不受地域限制，在世界范围内想拍哪都可以。

安徽商报:那为什么不用可见光来“拍照”呢？

周坪:因为用微波“拍照”比光学相机有优势。

用可见光，一下雨、一起雾就没办法拍了。但是微波可以全天时、全天候拍摄，穿云透雾不受天气影响。

安徽商报：遥感卫星一旦组网,未来的商业价值将体现在哪里？

周坪：SAR卫星能广泛应用于国土资源普查和地形测绘、海洋环境监测与船舶识别、农产品估产与农业资源调查、地质与水旱灾害监测及防灾减灾、城市、能源、交通、矿山等安全评估与应急响应以及保险与期货行业，尤其在复杂气象条件下的应急遥感监测应用方面具有独特优势。

安徽商报：你看过那么多遥感卫星拍下的地球图像，印象最深刻的是什么？

周坪：让我印象最深的还是一些人类工程。

比如中国海南的海花岛、迪拜的那三座人工群岛（棕榈岛），从太空角度看到这些（人造工程），（我）还是被人类巨大的力量震撼，他们在这个星球上留下了无法抹去的痕迹。

（应受访者要求,文中周坪为化名）

（安徽商报政经八百工作室出品）