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他们,16年“擦”亮“太空之眼”!

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科普中国共建基地——国防电子信息 国防科技大学直属中央军委
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夏日晋西北大地,芦芽山下,云淡风轻,太原卫星发射中心的通天塔又一次高高耸立。

夜色隐没,旭日东升,通天塔双臂在朝阳金光下缓缓张开……

“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1!”

“点火!”

“起飞!”

6时52分,大地震动,烈焰升腾,托举我国首个分布式卫星地理测绘系统——“天绘二号”01组卫星的长征四号乙运载火箭,以“一箭双星”的方式缓缓飞起,逐渐加速,尾迹划过空中仿佛一条舞动的玉带,渐渐消失在茫茫苍穹。

这一刻,电子科学学院的空间对地观测科研团队期盼了整整16年,无数个日夜攻关中,白发悄然爬上了这些昔日青春小伙的鬓角;

这一刻,我校承担的第二项国家重大基础研究项目成果正式转化为新型航天系统——分布式卫星地理测绘系统,将为我国提供全球高精度地理空间信息;

这一刻,我国问鼎地表测绘领域国际顶尖水平,成为世界上继德国之后,第二个拥有此类系统的国家。



   敏锐目光

六旬老翁盯前沿


遥亘千里,瞬息万变,如何俯仰时空把握地理空间全景?

分布式卫星地理测绘系统给出了答案。作为随编队卫星飞行而运动的对地观测系统,它能在信息化条件下快速获取全球高精度地理空间信息,可纵览全局,为高精度信息保障提供可靠的技术支撑。

▲一张卫星图。(图片来源网络,图文无关。)


本世纪初,国外分布式卫星尚处于概念系统研究阶段,美国和欧空局都提出了各自的计划。彼时,我国分布式卫星还处于对国外前沿技术进行跟踪性研究的阶段,对其系统的基础研究,特别是对大系统的综合研究还是一片空白。

2002年,电子科学学院学术带头人梁甸农正带领团队在阎良进行某飞行试验,得知总部机关将目光放在了分布式卫星上,66岁高龄的他敏锐意识到,将电子设备装载其中,极有可能提高该系统性能,填补我国该项研究的历史空白。

试验结束后,梁甸农立即带着朱炬波、董臻、黄海风这3名得意门生组成课题小组,一路北上,进京了解相关情况,着手项目论证工作。

“报告有一定水准,但距离项目立项还有一定的距离。”虽长期从事相关领域研究,但课题组此前专攻地面及机载系统,在航天领域涉猎较少,师徒四人以固有论证思路成稿,在赴京一周后向总部机关进行报告时,专家的回应并不理想。

“这是一个全新的领域,我们一定要把它拿下!”那晚,爱啃“硬骨头”的梁甸农辗转反侧,思考良久。

善举纲者万事遂,善谋势者机可期。白天,梁甸农带领论证组穿梭于航天、自动控制等各个领域的专家之中,向他们请教相关问题;晚上,师徒四人围坐,进行探讨总结,项目的综合论证报告修改了一版又一版。

“那个时候,真有‘山穷水尽’的感觉。”回忆起16年前“驻扎”北京,誓要拿下项目的那些日夜兼程董臻还历历在目。

勇于挑战是军人的本色。在距离第二次报告只有一个星期时间准备的情况下,课题组迎难而上,思维的火花在讨论中迸发,为申请报告撰稿打开了新局面。最终,他们既精彩又有水平的高级科普打动在场所有专家,成为全场最佳报告。

2003年,“某系统新概念、新体制研究”正式立项,国防科大被确定为项目总承担单位,梁甸农被任命为项目技术首席和项目负责人。



   逾越“鸿沟”:

测绘王国添新员


作为电子科学学院承担的第一个国家重大基础研究项目,这无疑是一项重大突破,但其立项仅仅只是一个简单的开始。

分布式卫星是复杂的天地一体化新概念系统,涉及卫星轨道与编队、卫星及载荷协同控制、系统仿真和信号处理等一系列技术难题,根据当时我国系统与信号处理水平,要想迈过这些“沟沟坎坎”是难上加难。要知道,课题组搜遍文献,也只能找到一二十篇含糊其辞、言之不详的会议论文,详细且权威的期刊论文,美国一篇都没有,欧洲只有一两篇而已。

科研,不能等待观望,不可亦步亦趋。凭着一股子钻劲,项目组在几乎没有任何资料可供借鉴的情况下,没日没夜地干了起来。正是这种夺取先机、抢占前沿的使命感和紧迫感,时刻催人出征。

考虑到项目的高难度,项目组特别组织了国内卫星、载荷、信号处理等多个优势行业单位,联合攻关,解决了众多难题。短短三年时间,项目组便建立了分布式卫星的新概念体制框架,突破了卫星编队优化设计、星间同步、信号处理等关键技术。

跨过重重技术“高山”,眼前迎来的却不是一马平川。

瞄准未来,如何让项目成果得以转化,打通实验室到应用的“最后一公里”?这似乎成了横亘在项目组面前不可逾越的“鸿沟”。

“对分布式卫星的应用方向,当时国际上各种声音都有。”时任该项目办公室主任董臻告诉记者,美国提出地面运动目标探测方向,德国提出地理测绘方向,法国提出海洋应用方向,国内也各有各的看法。

选对了方向,项目就能落地。反之,这个项目则可能永远封存于实验室中。

▲梁甸农教授讲述项目背后的故事。


“以双星编队的形式走地理测绘方向!”已是古稀之年的梁甸农,通过前三年的推导分析、仿真论证以及和有关专家的探讨,紧紧牵住战斗力提升这个‘牛鼻子’,把眼光投射于地理测绘领域。此后,该领域成为项目中期以后的重点攻关方向,进展飞速,成果突出。

2006年,总部机关提前将项目中期研究成果转入型号背景预研阶段。“尚未结题就提前转为背景预研,这样的情况少之又少,关键转折点正是当初应用方向选得精准!”回望来时路,该系统星间同步关键技术负责人张永胜激动不已。



 成功孵化:

“天绘二号”遨九天


不久前,我国“天绘二号”01组卫星成功发射入轨,其测高精度和测绘周期等主要性能指标媲美世界上第一个实用编队卫星测绘系统。“天绘二号”,正是国家重大基础研究项目取得的基础性研究成果孵化出的首个新型航天系统——我国第一代分布式卫星全球框架测绘系统。

▲“天绘二号”01组卫星发射升空。


我国传统的测绘手段,受平台、体制等因素制约,对复杂气候、复杂地区的测绘精度不高。作为新型高精度地理测绘卫星,“天绘二号”可高效生成大比例尺地面数字高程模型数据和正射遥感影像,为我国提供全球高精度的地理空间基准框架和完善的测绘基础体系。

记者在某系统中看到,通过“天绘二号”这双“太空之眼”,一个个数字、一行行代码瞬间变身为高低起伏、曲折变换的山头谷地、纵横沟壑,可“巡天遥看一千河”,目标地域实景如3D电影般展现在眼前。

“也就是说,‘天绘二号’可以对地球表面进行大范围监测,提供及时、准确、立体的三维地理信息。”承担项目组信号处理工作的教员何峰表示,分布式卫星雷达在测绘领域的应用是一个跨时代的进步。

为了这一刻,项目组在科研荒野中跋涉了16个年头,取得了具有完全自主知识产权的重大科技成果。目前,国防科大在分布式卫星领域的研究成果正应用于我国下一代分布式卫星全球框架测绘系统的背景研究和国家民用基础设施的卫星型号研制,将继续发挥重大的经济和社会效益。