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想做实验没数据?花费800万,武汉大学学生选择自己造一颗卫星

电子发烧友网报道(文/黄山明)2月27日,随着“长征八号”遥二火箭在文昌顺利升空,这艘火箭也创下了中国航天“一箭多星”的最高纪录,达到了同一艘火箭搭载22颗卫星。这些卫星大多来自各大高校所,其中,武汉大学的“启明星一号”卫星则是国内首个以学生为研发主体的遥感卫星。   当前,遥感作为工科,也是一门交叉学科,有诸多细分方向,各大高校在不同领域也具有不同的优势,比如北理工的自动化方向,上海交大、北航的航空航天方向,\” />

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电子发烧友网报道(文/黄山明)2月27日,随着“长征八号”遥二火箭在文昌顺利升空,这艘火箭也创下了中国航天“一箭多星”的最高纪录,达到了同一艘火箭搭载22颗卫星。这些卫星大多来自各大高校所,其中,武汉大学的“启明星一号”卫星则是国内首个以学生为研发主体的遥感卫星。当前,遥感作为工科,也是一门交叉学科,有诸多细分方向,各大高校在不同领域也具有不同的优势,比如北理工的自动化方向,上海交大、北航的航空航天方向,以及哈工大与山大的空间物理方向。而从工程的角度来看,能够将定位、影响、卫星软硬件结合到一起做成遥感的体系来看,武汉大学位列国内遥感技术前三甲之一。没有数据,那就自己造一个卫星在2019年,武汉大学研究生毕业论文答辩中,普遍反映了一个问题,在做研究时,缺乏水生植物分类的专用谱段,使用的都是国外数据,想要做新的实验,但卫星的工作模式却是固定的,导致数据不太符合要求。这也让当时坐在台下的武汉大学巫兆聪和金光教授深有感触,于是他们提出来,既然没有数据,那是否能够让学生自己研制一个可以灵活工作的卫星,来获得自己的数据。想法一经提出,也获得两位教授的一致认可。但问题在于,造卫星并不是简单的事情,成本也比较昂贵,经费从哪里来呢?为此金光教授提出可以将自己的经费拿出来用在这一项目上,如果不够还可以一起众筹,自此,“启明星”卫星项目被正式推出。而这一项目也吸引到了50多名学生的参与,其中大多数为研究生,本科生参与者也达到20人。从2019年5月份,项目正式启动,到了10月份,卫星的总体方案已经设计了出来,若非受到新冠疫情的影响,这颗卫星最开始的计划在2021年初就会发射升空。成本上来看,这颗卫星花费了500万元,发射升空需要300万元,因此总成本达到了800万元。不过对于在项目中的师生而言,这笔花费无疑是值得的。巫兆聪教授评价到,此前学生多数做的是一些算法和软件开发,卫星的设计、制造比这些要更加复杂,由软件向硬件的突破和提升,也让学生们有了系统工程全链条思维的锻炼。“启明星一号”卫星此次升空的“启明星一号”卫星不仅是第一个主要由学生参与研制的卫星,同时还是国内首颗可见光高光谱和夜光多光谱多模式在轨可编程微纳卫星。值得一提的是,该卫星个头很小,重量只有19.2KG,不过麻雀虽小,五脏俱全,卫星上还搭载了一台可见光相机与红外相机。目前“启明星”作为第五颗分离入轨卫星,被发射进入距离地球表面536公里的环地轨道,卫星表面与地球赤道夹角97度,绕地球飞行一圈96分钟。这颗卫星的最大特点是搭载的三种载荷可以在白天获取32谱段高光谱地球表面地物影像,夜间获取8谱段夜光地球表面影像,全天获取红外遥感影像。尤其是这8谱段夜光遥感,更是技术上的一大亮点。所谓夜光遥感,便是通过遥感技术从太空中观测地球在夜间所发出的光芒,这些光芒大多由人类的活动所产生。而在过去,卫星的夜光遥感大多只是黑白色的,也就是只有1个波段。而要得到彩色的图像,就需要将波段增加到3个,可以看见红黄蓝三色,这也是此前国内大多数遥感卫星的标配。而“启明星一号”的8个波段,不仅能看到红黄蓝三色,同时还能看出颜色的深浅,不过波段的增加,并不是像搭积木一样容易,据专家透露,从3个波段到8个波段,不是量变,而是质变。人眼可见光的频率是480-650纳米,而8个波段的“启明星”夜光遥感频率覆盖了400-1000纳米范围,已经超过了人眼的可视范围。同时卫星上的8个波段是可控可变,能够任意搭配,在轨可编程,用户能够定制任意波段组合成像,这也是其他卫星所不具备的功能。这对于研究有非常大的意义,学生可以利用这颗卫星,突破教材的束缚,以实际数据去验证结果,推动研究的进展。造卫星不难,难的是创新技术此次发射的这颗“启明星”卫星,是该系列的一号,后续还会有不断地升级组网的星链体系。这颗“启明星”也被作为一颗教学平台卫星,具有相对低成本、快响应以及高灵活性的特点,可以让师生们与卫星进行实时互动,进行自主测控和在轨试验。从1970年,中国发射了第一颗人造卫星“东方红一号”,半个世纪过去,卫星也从稀少的产品,逐渐走向了普及,包括各大高校、企业都能够申请发射自己的卫星。那么造一颗卫星到底难不难呢?如果只是一颗微纳卫星(指质量在10KG量级,具备实际使用功能的卫星),那可能真的不会太难。比如此前B站发射了一颗自己的通信卫星,还有如马斯克的星链计划,使用的基本都是微纳卫星。从技术上来看,如今的卫星技术已经相当成熟,如果只是单纯只用来拍照的话,那么只要中小学生便能完成。2016年,北京八一学校40余名中学生便全程参与研制了“八一·少年行”卫星,该卫星成功升空,在太空完成拍照、通信等任务。而在2015年,美国圣托马斯莫尔教会小学的学生,便设计制造除了一颗立方体STMSat-1卫星。值得一提的是,该项目受到美国NASA的支持。显然,如今制造卫星已经成为当前各大学校人才教育的一个项目,对于中小学而言,造卫星主要在于计划学生科普的兴趣;对于高校而言,如何去通过造卫星的过程,实现技术创新以及教育培养的目的才是关键。那么是否能够将造卫星当做未来创新型人才培养的一种“常规”手段呢?对此,武汉大学的金光教授表示,造卫星不仅仅需要经费支持,还需要强有力的师资,二者缺一不可。显然,目前来看,将造卫星纳入到常规教育还为时尚早,但至少如今的卫星技术已经越来越“接地气”了,也标志国内卫星制造技术实力的进步。

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