第一步:竖起自拍杆。
第二步:按动自拍键。
第三步:查看手机。
如何给地球自拍?也总共分三步。
第一步:发射一颗火箭,并释放一颗小型遥感微波卫星。
第二步:遥控卫星上的雷达为地球“拍照”。
第三步:在地球上接收这张“自拍照”。
地球自拍
2020年12月22日,“海丝一号”卫星搭乘长征八号运载火箭在文昌卫星发射中心发射升空。
在一般人的观点里,只要卫星升空成功,一切就万事大吉。但实际上,在卫星升空成功之后,周坪和他的同事们才真正紧张起来。
周坪担任中国电科38所“海丝一号”卫星载荷项目的副总工程师。“海丝一号”是一颗小型微波遥感卫星,卫星上搭载着一台商业SAR(合成孔径雷达)。而这台雷达(载荷)就是由周坪和他的同事研发的。
现在,卫星已经升空,剩下的就看雷达的了。周坪的任务是让卫星上搭载的雷达在距离地面550公里的太空给地球成功“自拍”。
卫星升空成功,只相当于“自拍杆”竖起来了;但是拍不拍得出来图像,图像清不清楚,拍出来能不能传回地球,那是另外一码事。
实际上,在卫星升空之后的几天内,周坪一直高度紧张。卫星在入轨后,必须经过能源及热控状态确认、姿控敏感部件在轨标校、卫星各姿控模式精度确认、数传链路功能确认及SAR载荷的开通测试、星地系统联通测试等一系列动作,至此才能开启成像任务规划、工作指令上传、雷达回波数据获取,下传和地面成像处理等全链路闭环。
“过程中一点错都不能犯。”周坪说。太空和地面不同,面对的是完全不同的材料体系和空间特性,还要承受各种太空粒子的冲击。“在太空中出了问题,想更换零件都没门。”
12月25日夜里23时59分,“海丝一号”首次成像工作获得有效回波数据。12月27日,卫星完成首批回波数据获取,获得首批多幅高清SAR图像,也实现了我国首颗商业SAR卫星的高质量成像。
“海丝一号”拍出来的第一张“地球自拍”是河北省白洋淀,周坪把图像一直存在手机里。因为是第一次“自拍”,不少参数还没完全调校好。“如果以现在的眼光看,这一张图像的质量并不高。但是(图像)能出来,所有的调试、实验流程都走完了。那也表示我们的任务完成了。”
拿到这张“自拍照”,整个团队紧绷了一年半的神经终于放松了下来。
天仙星座计划
三年前,周坪开始投身小型商业遥感微波卫星的研发。
2019年6月,周坪和团队接到任务研制“海丝一号”载荷。“一个最主要的要求就是快——只给一年半时间。”
这个时间根本不够用。按照正常流程,研发一颗商业SAR(合成孔径雷达)卫星需要4至5年时间。
在周坪接到任务的同时,火箭将在2020年底发射的时间窗口也大致定下来了。
行业内管这叫做“后墙不倒”。“后墙”就是火箭发射时间。因为火箭发射不可更改,因此卫星研制也没有任何转圜余地。“不管遇到任何困难,出什么幺蛾子,发射窗口的那堵‘墙’一直就在身后等着你。”
为什么要这么快?
四年以前,埃隆·马斯克宣布SpaceX计划将约1.2万颗通信卫星发射到轨道,其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道,并从2020年开始工作。这一项目被命名为“星链”(Starlink)。
“‘星链’是要组成一个覆盖全球的卫星互联网。”一位航天航空界人士告诉安徽商报融媒体记者:“你可以简单理解把整个互联网基础设施搬上太空。”
当时很多人觉得埃隆·马斯克在吹牛。但是从2019年5月开始,星链计划开始加速,每个月几乎都发射1至2次,每次发射60颗左右。截至目前为止,已经发射了2000多颗卫星。埃隆·马斯克也把星链计划的发射总数,从原来设想的1.2万颗提高到了4.2万颗。
低轨通信卫星的理想高度是离地面550公里,太低或太高都不行,在这个理想高度能容纳的卫星数量是有限的。目前,国际电信联盟机构基本实行“先到先得”原则。就好像美国西进运动一样,谁跑得快,这儿就归谁。因此,“星链计划”也被外界评价为“走自己的路,让别人无路可走”。
“海丝一号”,就是在这样的背景下启动研发的。
需要指出的是,人造卫星从用途上可以分为遥感卫星、通信卫星和导航卫星(通导遥)等种类。“星链”主打的是通信;而“海丝一号”则主打遥感,两者在太空中相互干涉不多。
但有一点可以肯定,轨道资源是有限的,早日将第一批国产商业化遥感卫星放上太空,有利于抢占先机,并率先培育一批市场应用场景。
在“海丝一号”背后,其实还藏着一个庞大的商业发射计划——“天仙星座”——中国电科38所计划用差不多十年时间,把96颗轻小型、高性能SAR(合成孔径雷达)卫星部署在多个轨道面,通过多星组网抢先构建中国的商业遥感数据服务能力。
据悉,“天仙星座”项目由中电博微牵头,中电博微天地信息网络研究院则负责做系统总体设计、地面系统设计及卫星运营。该星座计划也是安徽省空天信息产业发展规划的重要组成部分。