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“威海壹号”飞天记

2024-04-14 编辑: 付宇婷

      4月9日,哈工大(威海)探海楼。在这个新一代海空天对海观测技术综合试验平台,一场小规模讨论会正在进行,主角是——“威海壹号”。

      这个被寄予厚望的卫星星座,以威海之名,正逐梦寰宇。

      ◎2024年2月3日“捷龙三号”运载火箭在广东阳江附近海域发射成功

      2个月前的广东阳江,暖意融融。

      周志权穿着一件湛蓝色衬衣套着深蓝色夹克,遥望海面上的卫星发射工程船。这位51岁的“威海壹号”总指挥、哈工大(威海)信息科学与工程学院院长,在这个重要且荣耀的时刻,见证他们9年前的一个设想如今一飞冲天。

      2024年2月3日11时06分00秒, “威海壹号”01/02星搭载“捷龙三号”运载火箭在广东阳江海域点火升空;

      11时18分38秒,“威海壹号”01/02星在距地面520公里高处相继入轨;

      11时31分,南美阿根廷卫星地面站首次接收到“威海壹号”02星遥测信号,遥测遥控正常,太阳能帆板打开,载荷状态正常;

      22时13分,威海地面支撑系统接收到卫星传来的信号:01/02星遥测遥控正常、数传载荷、相机载荷、激光通信载荷加电正常,通信正常;

      ……

      这一天,“威海壹号”项目团队成员,以及所有关注、参与这个项目的人都心潮澎湃、激动不已:

      “我们的卫星发射成功了!”

      这是威海第一个通遥一体化卫星,也是国内首个面向海洋目标探测识别的通遥一体化卫星星座。

      从此,天空之上,威海双星闪耀。

      1个设想

      3月19日,“威海壹号”成功发射的第45天。

      孙晓(化名)还穿着在广东阳江观摩火箭升空的那件外套,却已经从喜悦中走了出来,新的工作正等着他,他根据“威海壹号”的回传数据,研究进一步调整的可行性方案,简单说,就是如何让卫星的“眼睛”更亮。

      孙晓是哈工大(威海)信息科学与工程学院教授、博士生导师,作为“威海壹号”项目团队初创时期的参与者之一,他一直记得那个最开始的开始。

      2015年,极其平常的一天,周志权找来他问,“如果要设计一颗卫星,在天基遥感成像方面,你有没有技术问题?”

      思考很短时间,孙晓说,“没有。”

      短暂的对话,将发射卫星的种子悄悄埋下。

      彼时的威海,涉渔违法违规活动是打击整治的重点。如果有这样一颗卫星,将极大解决渔船管控问题。

      ◎2018年首届“太空与海洋”创新发展高峰论坛在威海召开

      2018年,“太空与海洋”创新发展高峰论坛在威海举行,探讨将航天优势延伸到海洋领域,推动太空与海洋的融合创新。

      让卫星在距地面520公里的高空锁定一条20米长的渔船有多难?我们为什么不能自己做一颗这样的卫星呢?这颗种子在周志权心中开始萌芽。

      2020年8月,山东省启动驻鲁部属高校“十四五”服务山东重点建设项目征集,哈工大(威海)申报“海空天一体化天基海洋信息获取关键技术研发与应用”项目,由5个子课题组组成,着手开始前期工作。

      2020年9月,课题组接到省厅通知,到济南汇报项目内容。

      博士研究生徐正(化名),参与了项目申报书撰写全过程,他说,“身在其中方知其味”。

      3个关键技术,15天时限,全员发动,集体讨论,分头撰写,几易其稿。

      几百页的申报材料和其他附件证明材料,凝结着哈工大人许多日夜的灵感、汗水、思索、苦闷、价值与梦想、责任和荣誉。

      经过多轮汇报和答辩,2021年10月,在山东省科技厅、威海市科技局等单位的支持下,项目成功获得资助。

      有了资金支持,这颗种子仿佛获得了阳光雨露,开始茁壮成长了起来。

      2颗卫星

      你知道吗,“威海壹号”其实是2颗卫星,01星和02星,它们在距离地球520公里的轨道上运行,通过星间链路互联互通。

      每天上午10时左右,夜里10时左右,“威海壹号”都会从威海的城市上空掠过。

      2022年1月,“威海壹号”进入研制阶段。

      一个巨大的问题随之而来。

      单颗近地轨道卫星覆盖范围有限,理想状态需要多颗卫星覆盖全球。

      另外,要实现全球卫星通信系统发展的关键技术——星间激光链路,至少需要2颗卫星的支持,组成真正意义上的“星际互联网”。而项目预算中,“威海壹号”预算是一颗卫星的费用。

      那么,做还是不做?

      那场至关重要的讨论会,平静且毫无悬念,人们心中都有同样的答案。

      2颗卫星意味着,任务加倍,时间不变。

      研究团队分成5个课题小组,围绕天基卫星遥感、海面目标探测与识别、星间激光通信、遥感大数据分析和服务等关键技术,迅速推进,各个击破。

      ◎课题组例会

      2022年4月,“威海壹号”02星设计方案通过审核,也进入紧张的研制阶段。

      人歇设备不歇。

      课题组成员分成几组,紧锣密鼓地开展载荷的性能测试、桌面测试、整星系统集成等试验测试。

      ◎集智攻关

      ◎技术研讨

      从开始研制到出厂,“威海壹号”02星仅用时260天,创造了卫星高效研制的新速度。

      2023年12月31日、2024年1月3日,“威海壹号”01/02星相继进入海阳东方航空港山东长征火箭有限公司。

      “威海壹号”即将搭载的“捷龙三号”火箭,一箭九星发射,分配给“威海壹号”卫星的装配和测试时间只有6天。

      课题组12人就驻扎在星箭对接厂房,用时5天、历经15道工序,成功完成装配、测试和总装任务。

      ◎卫星对接测试

      ◎现场研讨

      终于,“威海壹号”整装待发。

      2月3日,伴随着火箭的轰鸣声,现场鼓掌声、欢呼声、祝贺声响成一片,此刻,也是所有人的圆梦时刻。

      9年逐梦

      “威海壹号”是什么样子?

      单颗重约95公斤,星上搭载星地/星间激光通信、高分辨率可见光相机等载荷,轨道高度520公里,绕地球一圈需要96分钟,一天绕地球转15圈,卫星运行速度大约7.6千米/秒,01星和02星最远相距4800公里。

      “威海壹号”技术有多强?

      卫星突破了智能星上处理、高速星地/星间激光通信、双星协同遥感等关键技术,星地激光通信速率提升至40Gbps,达到国内领先水平,可开展在轨星间激光通信、星间遥测遥控等试验,为卫星空间互联提供支撑。

      ◎卫星模型

      这是一场科技与梦想的交融,是一次现实与未来的对话。

      是这一群工科人,不断缩小着理想和现实的差距,带来宇宙级别的中国式浪漫。

      “威海壹号”卫星研发团队融合了哈工大(威海)信通、控制、仪器、电科、计算机等多个学科和专业的“精兵强将”,先后有20余名老师和近20名本、硕、博学生参与。

      ◎学生参与项目研究

      要把每一个环节做到极致。

      激光通讯是“威海壹号”的核心载荷。

      从距地520公里的卫星上发射出的激光光束指向目标地点,这对精度要求非常高,否则无法被地面支撑系统捕获。

      大量激光测试在超净间实验室进行,星地通信信号激光的发散必须控制在50微弧度之内,而他们要实现的结果,必须比设计要求精度更高。

      “这就相当于针尖对麦芒。”“威海壹号”副总指挥、项目技术负责人王晨旭说。

      海上目标的遥感探测是“威海壹号”的主要任务。

      课题组突破了卫星光学与机载雷达/红外遥感数据时空配准、基于深度神经网络框架的“雷达-红外-光学”多源遥感成像对海小目标探测等关键技术,实现了对海面渔船目标超过90%的探测概率。

      图像则是“威海壹号”给人们的最终呈现。

      ◎推进讨论

      博士研究生徐建(化名)的研究领域是卫星数据处理中的图像处理,要解读数据的多重维度,算法至关重要。

      为获得建模的数据支撑,徐建翻阅了很多国内外数据资料,以5~8个算法为框架,选择参数最优的那个,找出最适合“威海壹号”的运算法则。

      最令徐建有成就感的是,中国卫星事业的发展,已经无法阻挡。

      他说,“所以,要带着使命感去做事情。”

      ……

      从2015年的一个想法,到2018年8月开始谋划,到2021年10月成功立项,到2023年12月卫星出厂,再到2024年2月3日顺利升空,“威海壹号”用了9年时间,从理想走进现实。

      万户飞天

      中国古代,有一个“万户飞天”的故事。

      万户,一位明朝时期的官员。作为世界第一位试图借助火箭实现飞行的人,他将47支自制的火箭绑在椅子上,自己坐在上面,双手举着2只风筝,点火发射,飞向天空。

      不幸的是,万户为此献出了生命,1970年,国际天文联合会将月球表面的一座环形山命名为“Wan Hoo”,以纪念万户,他也被称为“世界航天第一人”。

      “北斗”指路、“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探索宇宙奥秘……中国人一直有个飞天的梦想,并为之不懈奋斗。

      如今,商业航天作为新质生产力的代表,2024年首次写入政府工作报告。

      这坚实的一步已经迈下。

      威海金海滩旁的远遥墩山,似守护着海湾,又似遥望着远方。

      ◎建设中的卫星地面支撑系统

      远遥墩山顶的卫星地面支撑系统是为服务“威海壹号”而建造的,“威海壹号”通过星间激光通信把图片和视频等信息传输到地面支撑系统,实现天地互连,这也是国内首个具有综合功能的卫星地面支撑系统。

      未来,这里还将服务于其他商业卫星,提供高质量的遥测、遥控和高速数据下载服务,成为威海商业航天产业板块的重要拼图。

      此时的山东,正“逐鹿”万亿空天市场。

      2024年2月,山东省政府发布《山东省航空航天产业发展规划》,规划提出以推动商业航天、低空经济、空天信息产业高质量发展为核心,聚焦航空航天产业的重点领域,包括运载火箭、卫星制造与应用、通用航空和无人机等。

      当下,济南、青岛、烟台、威海等市都已开展航空航天产业布局,济南空天信息、青岛通用航空及卫星通信、烟台东方航天港产业集群、“威海壹号”星座……组成山东商业航天领域“城市俱乐部”。

      “威海壹号”成功发射入轨并不是结束,而是一个新的开始。

      周志权停不下来,他正致力于牵头成立山东卫星海洋产业应用联盟,组建卫星互联网,把国内优势的商业航天产业,聚集到山东,聚集到威海,占据全国商业航天竞争版图中极具分量的一席。

      梦想似乎又站在了新的起点。

      星辰大海的征途,一直都是从脚踏实地开始。

      (文中部分受访对象为化名,向在科研一线默默付出的无名英雄致敬)

      (Hi威海客户端记者 王璐瑶/文 刘彬/图 部分图片由哈工大(威海)提供)