想做實(shí)驗(yàn)沒(méi)數(shù)據(jù)？花費(fèi)800萬(wàn)，武漢大學(xué)學(xué)生選擇自己造一顆衛(wèi)星

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）2月27日，隨著“長(zhǎng)征八號(hào)”遙二火箭在文昌順利升空，這艘火箭也創(chuàng)下了中國(guó)航天“一箭多星”的最高紀(jì)錄，達(dá)到了同一艘火箭搭載22顆衛(wèi)星。這些衛(wèi)星大多來(lái)自各大高校所，其中，武漢大學(xué)的“啟明星一號(hào)”衛(wèi)星則是國(guó)內(nèi)首個(gè)以學(xué)生為研發(fā)主體的遙感衛(wèi)星。

當(dāng)前，遙感作為工科，也是一門(mén)交叉學(xué)科，有諸多細(xì)分方向，各大高校在不同領(lǐng)域也具有不同的優(yōu)勢(shì)，比如北理工的自動(dòng)化方向，上海交大、北航的航空航天方向，以及哈工大與山大的空間物理方向。而從工程的角度來(lái)看，能夠?qū)⒍ㄎ弧⒂绊?、衛(wèi)星軟硬件結(jié)合到一起做成遙感的體系來(lái)看，武漢大學(xué)位列國(guó)內(nèi)遙感技術(shù)前三甲之一。

沒(méi)有數(shù)據(jù)，那就自己造一個(gè)衛(wèi)星

在2019年，武漢大學(xué)研究生畢業(yè)論文答辯中，普遍反映了一個(gè)問(wèn)題，在做研究時(shí)，缺乏水生植物分類(lèi)的專(zhuān)用譜段，使用的都是國(guó)外數(shù)據(jù)，想要做新的實(shí)驗(yàn)，但衛(wèi)星的工作模式卻是固定的，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不太符合要求。

這也讓當(dāng)時(shí)坐在臺(tái)下的武漢大學(xué)巫兆聰和金光教授深有感觸，于是他們提出來(lái)，既然沒(méi)有數(shù)據(jù)，那是否能夠讓學(xué)生自己研制一個(gè)可以靈活工作的衛(wèi)星，來(lái)獲得自己的數(shù)據(jù)。

想法一經(jīng)提出，也獲得兩位教授的一致認(rèn)可。但問(wèn)題在于，造衛(wèi)星并不是簡(jiǎn)單的事情，成本也比較昂貴，經(jīng)費(fèi)從哪里來(lái)呢？

為此金光教授提出可以將自己的經(jīng)費(fèi)拿出來(lái)用在這一項(xiàng)目上，如果不夠還可以一起眾籌，自此，“啟明星”衛(wèi)星項(xiàng)目被正式推出。而這一項(xiàng)目也吸引到了50多名學(xué)生的參與，其中大多數(shù)為研究生，本科生參與者也達(dá)到20人。

從2019年5月份，項(xiàng)目正式啟動(dòng)，到了10月份，衛(wèi)星的總體方案已經(jīng)設(shè)計(jì)了出來(lái)，若非受到新冠疫情的影響，這顆衛(wèi)星最開(kāi)始的計(jì)劃在2021年初就會(huì)發(fā)射升空。

成本上來(lái)看，這顆衛(wèi)星花費(fèi)了500萬(wàn)元，發(fā)射升空需要300萬(wàn)元，因此總成本達(dá)到了800萬(wàn)元。不過(guò)對(duì)于在項(xiàng)目中的師生而言，這筆花費(fèi)無(wú)疑是值得的。

巫兆聰教授評(píng)價(jià)到，此前學(xué)生多數(shù)做的是一些算法和軟件開(kāi)發(fā)，衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、制造比這些要更加復(fù)雜，由軟件向硬件的突破和提升，也讓學(xué)生們有了系統(tǒng)工程全鏈條思維的鍛煉。

“啟明星一號(hào)”衛(wèi)星

此次升空的“啟明星一號(hào)”衛(wèi)星不僅是第一個(gè)主要由學(xué)生參與研制的衛(wèi)星，同時(shí)還是國(guó)內(nèi)首顆可見(jiàn)光高光譜和夜光多光譜多模式在軌可編程微納衛(wèi)星。

值得一提的是，該衛(wèi)星個(gè)頭很小，重量只有19.2KG，不過(guò)麻雀雖小，五臟俱全，衛(wèi)星上還搭載了一臺(tái)可見(jiàn)光相機(jī)與紅外相機(jī)。

目前“啟明星”作為第五顆分離入軌衛(wèi)星，被發(fā)射進(jìn)入距離地球表面536公里的環(huán)地軌道，衛(wèi)星表面與地球赤道夾角97度，繞地球飛行一圈96分鐘。

這顆衛(wèi)星的最大特點(diǎn)是搭載的三種載荷可以在白天獲取32譜段高光譜地球表面地物影像，夜間獲取8譜段夜光地球表面影像，全天獲取紅外遙感影像。尤其是這8譜段夜光遙感，更是技術(shù)上的一大亮點(diǎn)。

所謂夜光遙感，便是通過(guò)遙感技術(shù)從太空中觀測(cè)地球在夜間所發(fā)出的光芒，這些光芒大多由人類(lèi)的活動(dòng)所產(chǎn)生。

而在過(guò)去，衛(wèi)星的夜光遙感大多只是黑白色的，也就是只有1個(gè)波段。而要得到彩色的圖像，就需要將波段增加到3個(gè)，可以看見(jiàn)紅黃藍(lán)三色，這也是此前國(guó)內(nèi)大多數(shù)遙感衛(wèi)星的標(biāo)配。

而“啟明星一號(hào)”的8個(gè)波段，不僅能看到紅黃藍(lán)三色，同時(shí)還能看出顏色的深淺，不過(guò)波段的增加，并不是像搭積木一樣容易，據(jù)專(zhuān)家透露，從3個(gè)波段到8個(gè)波段，不是量變，而是質(zhì)變。

人眼可見(jiàn)光的頻率是480-650納米，而8個(gè)波段的“啟明星”夜光遙感頻率覆蓋了400-1000納米范圍，已經(jīng)超過(guò)了人眼的可視范圍。同時(shí)衛(wèi)星上的8個(gè)波段是可控可變，能夠任意搭配，在軌可編程，用戶能夠定制任意波段組合成像，這也是其他衛(wèi)星所不具備的功能。

這對(duì)于研究有非常大的意義，學(xué)生可以利用這顆衛(wèi)星，突破教材的束縛，以實(shí)際數(shù)據(jù)去驗(yàn)證結(jié)果，推動(dòng)研究的進(jìn)展。

造衛(wèi)星不難，難的是創(chuàng)新技術(shù)

此次發(fā)射的這顆“啟明星”衛(wèi)星，是該系列的一號(hào)，后續(xù)還會(huì)有不斷地升級(jí)組網(wǎng)的星鏈體系。這顆“啟明星”也被作為一顆教學(xué)平臺(tái)衛(wèi)星，具有相對(duì)低成本、快響應(yīng)以及高靈活性的特點(diǎn)，可以讓師生們與衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，進(jìn)行自主測(cè)控和在軌試驗(yàn)。

從1970年，中國(guó)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”，半個(gè)世紀(jì)過(guò)去，衛(wèi)星也從稀少的產(chǎn)品，逐漸走向了普及，包括各大高校、企業(yè)都能夠申請(qǐng)發(fā)射自己的衛(wèi)星。

那么造一顆衛(wèi)星到底難不難呢？如果只是一顆微納衛(wèi)星（指質(zhì)量在10KG量級(jí)，具備實(shí)際使用功能的衛(wèi)星），那可能真的不會(huì)太難。

比如此前B站發(fā)射了一顆自己的通信衛(wèi)星，還有如馬斯克的星鏈計(jì)劃，使用的基本都是微納衛(wèi)星。

從技術(shù)上來(lái)看，如今的衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，如果只是單純只用來(lái)拍照的話，那么只要中小學(xué)生便能完成。

2016年，北京八一學(xué)校40余名中學(xué)生便全程參與研制了“八一·少年行”衛(wèi)星，該衛(wèi)星成功升空，在太空完成拍照、通信等任務(wù)。

而在2015年，美國(guó)圣托馬斯莫爾教會(huì)小學(xué)的學(xué)生，便設(shè)計(jì)制造除了一顆立方體STMSat-1衛(wèi)星。值得一提的是，該項(xiàng)目受到美國(guó)NASA的支持。

顯然，如今制造衛(wèi)星已經(jīng)成為當(dāng)前各大學(xué)校人才教育的一個(gè)項(xiàng)目，對(duì)于中小學(xué)而言，造衛(wèi)星主要在于計(jì)劃學(xué)生科普的興趣；對(duì)于高校而言，如何去通過(guò)造衛(wèi)星的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新以及教育培養(yǎng)的目的才是關(guān)鍵。

那么是否能夠?qū)⒃煨l(wèi)星當(dāng)做未來(lái)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的一種“常規(guī)”手段呢？對(duì)此，武漢大學(xué)的金光教授表示，造衛(wèi)星不僅僅需要經(jīng)費(fèi)支持，還需要強(qiáng)有力的師資，二者缺一不可。

顯然，目前來(lái)看，將造衛(wèi)星納入到常規(guī)教育還為時(shí)尚早，但至少如今的衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越“接地氣”了，也標(biāo)志國(guó)內(nèi)衛(wèi)星制造技術(shù)實(shí)力的進(jìn)步。