太空中的追光者

肖丽琼 祝融 高素

都市愈繁华，夜景愈璀璨。而鲜为人知的是，有些人一直默默追光而行。“珞珈一号01星”（以下简称“珞珈一号”）的研发团队就是这样一群追光者。

7月9日，在由武汉大学发起的“在轨测试评审会暨夜光遥感应用研讨会”上，来自国内航天航空领域的40余位专家一致认为，一个月前发射的“珞珈一号”各系统工作正常，基本具备在轨应用条件。同一天，该研发团队的首席科学家、两院院士李德仁发出倡议：将珞珈一号观测到的夜光遥感数据免费提供给注册用户下载。

科学家们为何要追光而行？卫星、夜光遥感，看似离普通人生活遥不可及的两个词，到底与我们有着哪些关联？近日，项目牵头人之一、武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授张过接受了《支点》记者的专访，讲述珞珈一号背后的故事。

首颗夜光遥感卫星武大造

截至7月5日，“珞珈一号”已经在太空遨游33天了。

这是“珞珈一号”的在轨测试期。从6月2日它搭载着长征二号丁运载火箭成功发射并进入预定轨道时起，研发团队就没有停止过对它的修正工作。在它发射后发现的3个问题，需要在这个期间得到解决。

7月9日，40余位专家齐聚武汉大学，他们来自国家发改委宏观经济研究院、航天工程所、空军研究院、中国航天科技集团、国防科技大学、中科院电子所、三亚遥感中心、国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心等科研院所和企业。与会专家给出一致意见：“珞珈一号”具备在轨应用条件。

“这意味着这颗卫星将正式进入应用阶段”，张过告诉《支点》记者，“珞珈一号”将开始在夜光遥感领域发挥出重要的作用。夜光遥感是遥感领域发展活跃的一个分支，它可以获取夜间、兀云条件下地表发射的可见光信息，而这些信息大部分都是由地表人类活动产生的。

“珞珈一号”被业内称为“全球首颗专业夜光遥感卫星”。张过表示，这是因为大多数可见光遥感卫星的传感器成像时间都是白天。“相较于普通遥感卫星拍摄的白天影像，夜光遥感更能直接反映人类活动的信息，因此它在社会科学领域得到广泛的应用。如果说普通遥感主要是用来观测地球和白然界的变化，夜光遥感就是以人类为中心开展的观测，在社会生活中，更具有实用价值和意义。这也是我们决定研发一枚夜光遥感卫星的主要原因。”

张过的导师李德仁院士，是武汉大学知名的摄影测最与遥感学家，被称为我国“遥感测绘第一人”。多年来，李德仁致力于卫星体系的建立，并筹划由武大发射一颗卫星。2015年，这一项目被正式提上议程——定位为地面分辨率达到0.5公里的夜光遥感卫星取名“珞珈一号”。研发团队由李德仁领衔，基十武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室组建。

“珞珈一号”研发团队首席科学家、两院院士李德仁

目前，白天成相的高分遥感卫星分辨率已可达0.5米，“珞珈一号”却缘何只有0.5公里？张过透露，实际上，关于“珞珈一号”的分辨率到底要达到何种水平，科研团队内部曾有过争论。

据认证测算，夜光遥感卫星分辨率为0.5公里，成本大约在2亿元以内，而若要达到0.1公里，造价则需要约30亿元。此外，还有技术层面的考量。卫星分辨率的提升，其技术难度不是单纯的线性增长，而是指数增长。

研发团队分析了美国的DMSP（国防气象卫星计划）里的一颗气象卫星，该卫星虽然只有2.7公里的分辨率，但实现晚上看云的目标已经足够。2011年，美国又发射了极轨气象卫星NPP，分辨率为0.8公里，NPP拍摄出的“蓝色大理石”组图，被称为史上最清晰地球夜景。

那么对于主要研究社会经济的夜光遥感卫星，到底多少分辨率更合适？研发团队最终达成一致意见：不是越高越好。而是要用合适的分辨率干合适的事，以达到最高性价比。“我们决定是0.5公里的分辨率。因为这个分辨率已经足够看清楚主干道，甚至能看到一些细节，这已经具备比较高的实际应用价值。”张过说。

八成卫星组件中国造

从2015年3月立项，到2016年9月正式进入研发阶段，“珞珈一号”研发的准备时间长达一年半之久，张过坦言，其中有一年时间都在“找钱”。

起初，研发团队想走社会投融资的途径，这就需要一份商业计划书，“这是全新的东西，我们研发的目的不是赚钱，也不知道到底能赚多少钱”。张过说，这条路没走通。最终，研发团队向武汉大学提出申请并获得支持。2016年9月份，“珞珈一号”研发经费落实。实际上，即使在没有资金支持的一年半时间里，整个项目的研发也始终没有停歇。

以李德仁为核心的研发团队，是国内测绘遥感学科的顶级团队，主要做的是卫星数据的处理和应用。通俗来说，就是在拿到卫星数据以后，进行相关分析。而这一次，他们要自己做出一颗卫星。

“仅仅我们学科是不够的，需要不断往前去延伸。同时，对于一个学科来说，要想发展，只知道学科的核心是不够的。”这是一个重新学习的过程，张过直言“非常痛苦”——卫星的制造和发射要考虑空间冲击、结构设计、材料选型等等，涉及熱学、力学、机械加工、空间环境、计算机等诸多学科，并且需要有很深的专业基础。

例如，力学方面，要确定火箭发射的冲击力在多大范同能将卫星送上天又保证安全;电学方面，卫星上有兀数电子组件，发射前每个原件都要多次检测确保运转正常;使用何种材料才能在高空温度发生急剧变化时不影响其性能，这又涉及到材料学和热学……

在力图成为“全能选手”的过程中，团队不断求助各个学科的专家，即便如此，还是遇到过许多难题。

2017年10月，“珞珈一号”进行首次模拟卫星发射冲击实验，每个零部件原本被设计为可抗2000G的冲击力，但试验中发现有的零件将面临6000G的冲击力。这意味着，卫星还没上天，有的零件可能就在发射过程中毁掉了。为解决问题，研发团队向国内知名专家请教，先后两次对卫星结构进行调整，在第4次实验后，这一问题终于得到解决。

为控制成本，所有采购都由研发团队一手操办。“卫星每个组件的成本，我们都清楚。”张教授告诉《支点》记者，在这颗重量为365公斤的卫星上，国产零件占到八成以上。既要考虑节约成本，又要考虑到符合研发要求，在两者间找到一个平衡，用最低成本达到需要的效果。

“有没有考虑过卫星发射会失败？”面对记者的问题，张过直言：“不止一次地考虑过。没有人能够保证100%成功，我们唯一能做的就是尽可能考虑得详细、周到，在地面做模拟实验时做到最充分。”

“追光”数据将全球免费共享

在“珞珈一号在轨测试评审会”上，研发团队透露了珞珈一号在城市规划、海洋渔业、社会经济总量反演等方面应用的发展思路。

夜光遥感与人类活动高度关联，可被广泛应用十社会经济参量估算、城市化过程监测、生态环境评估等领域。研究表明，夜光遥感总值与国民生产总值（GDP）有较强的关联性。比如，研究人员利用夜光遥感影像能进一步估算出观测区域的国民生产总值、人口分布、能源消耗、二氧化碳排放、贫困度、货运最等关键社会经济参量，有助于宏观了解一个国家或区域的社会经济发展历程和现状。

张过介绍，理想条件下，“珞珈一号”可在15天内绘制完成全球夜光影像，可提供我国及全球GDP指数、碳排放指数、城市住房空置率指数等专题产品。这些动态监测中国和全球宏观经济运行情况，可以为政府决策提供客观依据。

6月2日，“珞珈一号”搭载长征二号丁运载火箭发射升空并顺利入轨。

李德仁院士倡议，夜光遥感数据向注册用户免费提供下载，用于促进夜光遥感科学研究和国民经济应用。张过表示，作为一项由高校领衔、为学科发展和填补国内技术空白而进行的研发项目， “珞珈一号”没有一分钱的社会资金，这也是所有数据能免费提供下载、且不会进行商业运用的基础。

与此同时，由于此前国内夜间遥感卫星数据尚属空白，所以“珞珈一号”监测到的数据，究竟还能够在哪些方面得到应用，也是需要進一步研究探索的。因此，对比其商业价值，免费提供数据更能促进该项目的发展。科研团队也同时提出倡议，注册用户的研发成果可以进一步免费共享。

“大家集思广益，充分运用我们的数据，这样才能真正发挥共享平台的效益。”张过介绍，未来5年内，李德仁团队计划再发射两颗卫星，为实现全天时、全天候、全地域快速实时的天基信息服务助力。