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。“珞珈一號01星”（以下簡稱“珞珈一號”）的研發團隊就是這樣一群追光者。

7月9日，在由武漢大學發起的“在軌測試評審會暨夜光遙感應用研討會”上，來自國內航天航空領域的40余位專家一致認為，一個月前發射的“珞珈一號”各系統工作正常，基本具備在軌應用條件。同一天，該研發團隊的首席科學家、兩院院士李德仁發出倡議：將珞珈一號觀測到的夜光遙感數據免費提供給注冊用戶下載。

科學家們為何要追光而行？衛星、夜光遙感，看似離普通人生活遙不可及的兩個詞，到底與我們有著哪些關聯？近日，項目牽頭人之一、武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授張過接受了《支點》記者的專訪，講述珞珈一號背后的故事。

首顆夜光遙感衛星武大造

截至7月5日，“珞珈一號”已經在太空遨游33天了。

這是“珞珈一號”的在軌測試期。從6月2日它搭載著長征二號丁運載火箭成功發射并進入預定軌道時起，研發團隊就沒有停止過對它的修正工作。在它發射后發現的3個問題，需要在這個期間得到解決。

7月9日，40余位專家齊聚武漢大學，他們來自國家發改委宏觀經濟研究院、航天工程所、空軍研究院、中國航天科技集團、國防科技大學、中科院電子所、三亞遙感中心、國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心等科研院所和企業。與會專家給出一致意見：“珞珈一號”具備在軌應用條件。

“這意味著這顆衛星將正式進入應用階段”，張過告訴《支點》記者，“珞珈一號”將開始在夜光遙感領域發揮出重要的作用。夜光遙感是遙感領域發展活躍的一個分支，它可以獲取夜間、兀云條件下地表發射的可見光信息，而這些信息大部分都是由地表人類活動產生的。

“珞珈一號”被業內稱為“全球首顆專業夜光遙感衛星”。張過表示，這是因為大多數可見光遙感衛星的傳感器成像時間都是白天?！跋噍^于普通遙感衛星拍攝的白天影像，夜光遙感更能直接反映人類活動的信息，因此它在社會科學領域得到廣泛的應用。如果說普通遙感主要是用來觀測地球和白然界的變化，夜光遙感就是以人類為中心開展的觀測，在社會生活中，更具有實用價值和意義。這也是我們決定研發一枚夜光遙感衛星的主要原因?！?/p>

張過的導師李德仁院士，是武漢大學知名的攝影測最與遙感學家，被稱為我國“遙感測繪第一人”。多年來，李德仁致力于衛星體系的建立，并籌劃由武大發射一顆衛星。2015年，這一項目被正式提上議程——定位為地面分辨率達到0.5公里的夜光遙感衛星取名“珞珈一號”。研發團隊由李德仁領銜，基十武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室組建。

“珞珈一號”研發團隊首席科學家、兩院院士李德仁

目前，白天成相的高分遙感衛星分辨率已可達0.5米，“珞珈一號”卻緣何只有0.5公里？張過透露，實際上，關于“珞珈一號”的分辨率到底要達到何種水平，科研團隊內部曾有過爭論。

據認證測算，夜光遙感衛星分辨率為0.5公里，成本大約在2億元以內，而若要達到0.1公里，造價則需要約30億元。此外，還有技術層面的考量。衛星分辨率的提升，其技術難度不是單純的線性增長，而是指數增長。

研發團隊分析了美國的DMSP（國防氣象衛星計劃）里的一顆氣象衛星，該衛星雖然只有2.7公里的分辨率，但實現晚上看云的目標已經足夠。2011年，美國又發射了極軌氣象衛星NPP，分辨率為0.8公里，NPP拍攝出的“藍色大理石”組圖，被稱為史上最清晰地球夜景。

那么對于主要研究社會經濟的夜光遙感衛星，到底多少分辨率更合適？研發團隊最終達成一致意見：不是越高越好。而是要用合適的分辨率干合適的事，以達到最高性價比?！拔覀儧Q定是0.5公里的分辨率。因為這個分辨率已經足夠看清楚主干道，甚至能看到一些細節，這已經具備比較高的實際應用價值。”張過說。

八成衛星組件中國造

從2015年3月立項，到2016年9月正式進入研發階段，“珞珈一號”研發的準備時間長達一年半之久，張過坦言，其中有一年時間都在“找錢”。

起初，研發團隊想走社會投融資的途徑，這就需要一份商業計劃書，“這是全新的東西，我們研發的目的不是賺錢，也不知道到底能賺多少錢”。張過說，這條路沒走通。最終，研發團隊向武漢大學提出申請并獲得支持。2016年9月份，“珞珈一號”研發經費落實。實際上，即使在沒有資金支持的一年半時間里，整個項目的研發也始終沒有停歇。

以李德仁為核心的研發團隊，是國內測繪遙感學科的頂級團隊，主要做的是衛星數據的處理和應用。通俗來說，就是在拿到衛星數據以后，進行相關分析。而這一次，他們要自己做出一顆衛星。

“僅僅我們學科是不夠的，需要不斷往前去延伸。同時，對于一個學科來說，要想發展，只知道學科的核心是不夠的?！边@是一個重新學習的過程，張過直言“非常痛苦”——衛星的制造和發射要考慮空間沖擊、結構設計、材料選型等等，涉及熱學、力學、機械加工、空間環境、計算機等諸多學科，并且需要有很深的專業基礎。

例如，力學方面，要確定火箭發射的沖擊力在多大范同能將衛星送上天又保證安全;電學方面，衛星上有兀數電子組件，發射前每個原件都要多次檢測確保運轉正常;使用何種材料才能在高空溫度發生急劇變化時不影響其性能，這又涉及到材料學和熱學……

在力圖成為“全能選手”的過程中，團隊不斷求助各個學科的專家，即便如此，還是遇到過許多難題。

2017年10月，“珞珈一號”進行首次模擬衛星發射沖擊實驗，每個零部件原本被設計為可抗2000G的沖擊力，但試驗中發現有的零件將面臨6000G的沖擊力。這意味著，衛星還沒上天，有的零件可能就在發射過程中毀掉了。為解決問題，研發團隊向國內知名專家請教，先后兩次對衛星結構進行調整，在第4次實驗后，這一問題終于得到解決。

為控制成本，所有采購都由研發團隊一手操辦。“衛星每個組件的成本，我們都清楚?！睆埥淌诟嬖V《支點》記者，在這顆重量為365公斤的衛星上，國產零件占到八成以上。既要考慮節約成本，又要考慮到符合研發要求，在兩者間找到一個平衡，用最低成本達到需要的效果。

“有沒有考慮過衛星發射會失敗？”面對記者的問題，張過直言：“不止一次地考慮過。沒有人能夠保證100%成功，我們唯一能做的就是盡可能考慮得詳細、周到，在地面做模擬實驗時做到最充分?！?h3>“追光”數據將全球免費共享

在“珞珈一號在軌測試評審會”上，研發團隊透露了珞珈一號在城市規劃、海洋漁業、社會經濟總量反演等方面應用的發展思路。

夜光遙感與人類活動高度關聯，可被廣泛應用十社會經濟參量估算、城市化過程監測、生態環境評估等領域。研究表明，夜光遙感總值與國民生產總值（GDP）有較強的關聯性。比如，研究人員利用夜光遙感影像能進一步估算出觀測區域的國民生產總值、人口分布、能源消耗、二氧化碳排放、貧困度、貨運最等關鍵社會經濟參量，有助于宏觀了解一個國家或區域的社會經濟發展歷程和現狀。

張過介紹，理想條件下，“珞珈一號”可在15天內繪制完成全球夜光影像，可提供我國及全球GDP指數、碳排放指數、城市住房空置率指數等專題產品。這些動態監測中國和全球宏觀經濟運行情況，可以為政府決策提供客觀依據。

6月2日，“珞珈一號”搭載長征二號丁運載火箭發射升空并順利入軌。

李德仁院士倡議，夜光遙感數據向注冊用戶免費提供下載，用于促進夜光遙感科學研究和國民經濟應用。張過表示，作為一項由高校領銜、為學科發展和填補國內技術空白而進行的研發項目， “珞珈一號”沒有一分錢的社會資金，這也是所有數據能免費提供下載、且不會進行商業運用的基礎。

與此同時，由于此前國內夜間遙感衛星數據尚屬空白，所以“珞珈一號”監測到的數據，究竟還能夠在哪些方面得到應用，也是需要進一步研究探索的。因此，對比其商業價值，免費提供數據更能促進該項目的發展。科研團隊也同時提出倡議，注冊用戶的研發成果可以進一步免費共享。

“大家集思廣益，充分運用我們的數據，這樣才能真正發揮共享平臺的效益?！睆堖^介紹，未來5年內，李德仁團隊計劃再發射兩顆衛星，為實現全天時、全天候、全地域快速實時的天基信息服務助力。