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我国小卫星总师白照广:白色星光照亮广阔天地

访问次数:   更新时间:2018-04-17   

文章来源:中华网  编辑:张君瑞

  随着科技的发展,这些星辰中加入了新的成员,那就是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器——人造卫星。这些研制人造卫星的科学家们,也曾是在晚上数星星的孩童。他们在向往星空中长大,最终将自己亲手创造的“星星”放飞星空,令那些在天空中孤独行走了千年万年的真正星星们不再孤寂。

  在这些放飞“星星”的科学家里,白照广就是其中非常卓越的一位。

  白照广,我校宇航学院1981级本科、1985级硕士校友,中国小卫星技术和遥感卫星专家,现担任航天科技集团五院航天东方红卫星有限公司科技委主任。多年从事小卫星及遥感卫星研制,作为总师设计建造了中国第一代环境减灾卫星光学星座,第一个海洋卫星系列-海洋水色卫星B,第一颗民用高分工程遥感卫星。他热爱星空,热爱航天,与卫星事业结下不解之缘;他敢于创新,抛却陈旧技术,采用先进计算机进行卫星设计;他全心全意,为人民造福,注重实用,主持论证的海洋水色、环境减灾、2/8m后续共计11颗卫星已纳入国家空间基础设施规划,为我国环境与海洋遥感业务持续发展做出贡献。

草原男儿多壮志,不牧牛羊牧星辰

  内蒙古乌兰察布市集宁区资源丰富,形成"东土、南石、西陶、北铁、遍地牛羊"的格局。1963年11月,白照广出生于这里,却没有选择与牛羊为伴,而是选择成为一名将小卫星送入九天的辛勤牧星人。白照广是家里的老四。这是一个普通的工人家庭,白照广又有众多的兄弟姐妹,白照广的父母要负担孩子们的生活与教育,自然是格外辛苦。少年时期的白照广看着父母辛劳的身影,累在父母身,疼在儿女心。虽然彼时还是稚嫩的少年,白照广主动提出帮父母分担家庭的重担,为父母分忧。上中学的时候,他就做过零工,艰难的生活磨练出他钢铁般的意志。

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来

  白照广日后能在艰苦的工作环境中,始终坚持工作,不抛弃梦想,不放弃信念,这与白照广少年时期的经历是分不开的。物质的缺乏没能挡住白照广迈向梦想的脚步。少年时的白照广平时非常喜欢看科幻小说与科幻电影,刚登陆中国的美国电影《未来世界》、法国作家凡尔纳的《八十天环游地球》……在这些科幻作品陪伴下的白照广,对星空充满了热爱与向往,经常梦想能够在宇宙中自由翱翔。

  1981年,白照广以优异的成绩考入了北京理工大学,终于有机会实现那个和星星有关的梦想。他郑重其事地在第一志愿上填下了飞行器总体设计专业。如果自己不能飞向星空,就将自己亲手制作的飞行器送上太空,代替自己在星际翱翔吧。

  1988年6月北京理工大学硕士研究生毕业后,白照广来到中国空间技术研究院总体设计部四室,他开始了卫星多体动力学分析和“863”空间站、空间平台GNC系统的概念研究。虽然这个时候白照广还没有真正参与到设计卫星中,但在这里,白照广凭借自己的努力,学到了扎实的理论知识,为以后参与设计卫星打下了良好的基础。其间还由于白照广参加了“卫星动力学分析软件系统”的研发,他获得了部级科技进步一等奖的表彰。

  1991年底,实践四号卫星即将组建研制队伍。白照广毛遂自荐,主动要求参加“实践四号”卫星的研制。以前白照广主要是研究卫星动力学,这次研制可以说是他真正第一次开始设计卫星。渐渐地,白照广敢于创新的特性表现出来。他提出改变以往较为落后的手工绘图,采用最先进的计算机辅助设计(CAD)进行卫星构型设计。在他和同事们的共同努力下,“实践四号”成为我国第一颗从最开始的构型设计和总装设计就用三维CAD做设计的卫星。他还负责了卫星大型试验条件制定与试验组织实施,负责整星可靠性分析及大系统接口协调等多项工作,参加了卫星发射,在两年左右时间里快速经历了卫星从方案设计到发射全过程工作,成长为一名成熟的总体设计人员。期间由于其工作能力突出,在载入飞船总体室成立时被任命为总体组副组长。

锋芒毕露绽光彩,星汉灿烂光华盛

  在多年的从业时间里,白照广砥砺前进,奋发图强,“有志者,事竟成,破釜沉舟,百二秦关终属楚;苦心人,天不负,卧薪尝胆,三千越甲可吞吴。”数十年如一日的努力,终究没有白白付出。白照广收获了累累硕果,放飞了点点繁星。

  1995年7月,因工作需要,白照广调到预研室任预研组组长,专门负责小卫星技术研发工作。参加了“八五”小卫星公用平台预研课题论证,负责整星构型设计。并作为主要技术负责人之一,积极利用小卫星公用平台预研成果开展了实践五号卫星总体方案论证。作为立项论证负责人之一,完成了“九五”现代小卫星预研课题立项论证,并获得集团公司批复认可,为后续小卫星技术进一步的发展奠定了良好的基础。他提出分舱式、板式结构的卫星构型,提出少冗余、集成设计、功能软件化设计思路,推动低配置、高可靠的小卫星平台方案,组织开展小型太阳翼等小卫星专用产品的开发,形成CAST968平台基本配置。

  2003年,因为在小卫星公用平台研究上的杰出贡献,白照广被航天科技集团公司任命为CAST968平台系列卫星总指挥、总师。该平台目前已经成为中国发射卫星数量最多的平台之一。

  “实践五号”是我国第一颗使用CAST968平台的小卫星,其采用搭载发射,对工程管理各方面的要求都非常高。白照广积极推动集同设计,即总体设计和分系统之间协同设计,达成设计师之间的直接沟通与同步设计,客观上也就打破了分系统设计的局限。在研制的过程中,白照广按院领导倡导的“流程再造”,开展了具体的实践活动。在实践五号和海洋一号卫星研制中,实践了两颗星的研制流程,即正检星和正样星的思路。过去研制需要结构、力学和电性三颗星的工作融合到一颗正检星中,而且星上的设备都还能上天。这样无疑是对经费、计划带来极大的好处,体现了小卫星研制的“快、好、省”。

  白照广创建了我国环境与灾害监测光学遥感小卫星星座。我国地域广阔,环境恶劣、灾害频繁,观测要素多、观测区域大、随时间变化快,地面观测手段很难满足需求,卫星遥感无疑是最好手段,但需要解决空间多谱段、大视场、高时间分辨率遥感等难题。白照广提出了分别配置宽幅多光谱相机加超光谱成像仪/配置宽幅多光谱相机加宽幅红外相机及同太阳同步轨道/180度相位运行的双星星座方案,解决双星成像视场匹配、中等分辨率大视场成像、超光谱成像等难题,为环境与灾害监测大广域、高时效、多手段观测提供了重要保障。

  白照广优化了卫星方案设计,以小卫星技术实现卫星功能,解决 “小、好、省”星座建设难题。优化和完备遥感器成像参数、数据处理、姿态指向与稳定等技术指标体系,解决了多种遥感器匹配成像和高质量成像难题。提出高密度布局、面质比一致性构型设计方法,实际密度近300kg/m3,面质比差不到4%,解决了星座运行稳定性,保证了成像覆盖能力。提出集成化、软件化设计,以单星不到500kg能力,满足一箭双星发射要求。提出相对程控的单指令设计策略,改变传统设计数十条指令完成一次成像任务的模式,大幅提高卫星运管效率和应急遥感任务响应能力。

  

  白照广坦言:“人类只有一个太空。作为一名卫星总设计师,我非常希望我们的研究成果能够为全人类服务”。

  双星于2008年发射,今年在轨运行将达到10年,远超3年设计寿命,其将成为国内低轨近午太阳同步轨道运行最长寿命卫星,卫星遥感数据广泛应用于多个领域。环境保护应用成果见王桥等主编、科学出版社出版《基于环境一号卫星的生态环境遥感监测》等,应用于水环境、空气环境、生态环境遥感等方面。国家减灾委"环境与灾害监测预报小卫星星座A、B星后续补星项目建议书"提出"环境减灾A、B星的使用,使我国灾害监测评估的时效性提高了5-8倍,灾害监测范围扩大了6-10倍,救灾应急决策时间提高了3-5倍"。2013年“环境减灾一号A/B卫星”荣获了国家科技进步二等奖。

  白照广先后任副总师、总师主持发射的海洋一号A/B卫星,分别于2002年/2007年发射入轨。海洋一号卫星解决了海洋水色遥感低辐射率、大视场、卫星长寿命设计等难题,为我国海洋遥感提供了重要数据保证。海洋具有全球性,区域广阔、探测要素多、辐射率低、高动态性等特点。优化设计了卫星技术指标体系,确定了卫星技术方案,解决了海洋遥感大视场、低辐射率遥感等难题。针对海洋水色、水温遥感探测要素低离水辐射率等特性,在保证谱段、分辨率等基础上,完备、匹配遥感器指标,优化姿态、数传等卫星技术指标体系。针对大视场遥感问题,主持确定旋转扫描成像需要的姿态精度要求,确保了成像质量。

  

  虽然海洋一号解决了许多难题,但它的研制却并非是一帆风顺的。在海洋一号卫星的研制过程中,为了确保卫星的绝对安全,院里提出要求,核心软件应当到专业软件测评中心接受测评。但是那个时候很多的专业软件测评中心也是刚起步,能力相对不足。而且小卫星当时受的重视也比较少,资金较为短缺。面对这样的困境,白照广没有害怕,他想到了自己的兄弟姐妹,每当遇到困难,都是兄弟姐妹一起团结起来挺过去的。其实,无论是家庭中,还是工作时,他知道,只有把大家团结起来,才能成功度过难关。

  白照广愿意听取所有人的心声,与大家一起出谋划策,在发射前,白照广组织了自己型号的软件评估小组,对无能力由专业评测中心评测的软件进行走查。小组由本型号的相关软件设计师和相关专业的软件专家组成,这些人员既了解型号任务需求,又明白卫星通信协议,同时也是软件专家,可以有效地开展走查工作。经过专家组几个月的走查工作,完成了星上所有小规模软件的测评。

  凭着这样的精神,半年多以来,他们对星上除姿控软件外的所有软件组织了专门的走查,组织专家进行把关,达到了评估的效果。在B星研制中,提出了基于能源安全设计策略,拓展了整星安全性设计内涵和安全模式设计,大大提升了卫星在轨生存寿命。B星实际运行寿命达9年左右,远超3年寿命要求,为我国海洋事业发展提供了更多的图像数据。2008年“海洋一号卫星”荣获了国家科技进步二等奖。

星座也能人来造,只为人民谋幸福

  在白照广的从业生涯中,主持高分专项工程无疑是其中极为浓墨重彩的一笔。“高分”,顾名思义,是指高空间分辨率和高时间分辨率等。高分专项工程是指高分辨率对地观测系统工程,是国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》中确定的重大专项之一,也被称为“天眼”工程。这项工程的目标就是要通过系列高分辨率卫星的发射,到2020年使我国形成全天候、全天时、全球覆盖的陆地、大气、海洋对地观测能力。白照广主要负责其中的两颗全色2米/多光谱8米卫星的研制,命名为高分一号、高分六号卫星。

  首星“高分一号”于2013年4月26日在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射。卫星除全色2米/多光谱8米相机外,还装载16米分辨率大幅宽多光谱相机。2013年12月30日,国家国防科技工业局在京举行高分一号卫星投入使用仪式,高分一号卫星正式投入使用。高分一号卫星突破了高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术,多载荷图像拼接融合技术,高精度高稳定度姿态控制技术,5年至8年寿命高可靠卫星技术,高分辨率数据处理与应用等关键技术,对于推动我国卫星工程水平的提升,提高我国高分辨率数据自给率,具有重大战略意义。

  高分六号是中国高分辨率对地观测系统的“新成员”。“高分六号”将与高分一号卫星组网运行,设计寿命为8年。不同于高分一号的多相机并放实现大视场成像,高分六号卫星采用单相机实现大视场成像,避免了多相机图像应用所需的拼接工作量和数据精度的降低,它的谱段更丰富,16米相机由高分一号卫星的4个谱段扩展到8个谱段,特别是国内首先设置了红边谱段,非常适合于不同农林作物种类的识别,可以有效提高遥感数据定量化应用水平,因此卫星技术难度更大。白照广组织研制团队开展了大量细致的工作策划,提出对月定标等创新思路,优化设计方案,提高了卫星成像效能,克服种种困难,完成了整星各类设计鉴定和验证考核,确保后续工作的进行,卫星也将很快发射升空。

  在人造卫星领域,通信、导航、遥感是卫星应用最主要的三大方向。高分专项系列卫星都属于遥感卫星,是帮助人们从天上来观测地面和海面的“眼睛”。而我们所熟知的北斗工程系列卫星则属于导航卫星,它们主要是通过连续发射无线电信号,为地面、海洋、空中和空间用户进行准确的导航定位。

  目前已经在轨运行工作的高分卫星们个个都是好眼力,也都有着各自的绝活。高分一号卫星,是高分专项工程的首发星,中高分辨率和宽幅成像能力兼备。它视野广阔,一眼下去覆盖800公里,4天即可完整观测地球一遍。航天科研人员们称其是“大幅宽成像”,有利于提高时间分辨率。高分一号/六号卫星组网,2天即可完整观测地球一遍。高分一号后续3颗业务星行将发射,这是单纯以2/8米相机为载荷的卫星,与高分一号卫星组网可实现全球任意地方1天的重访观测能力。

  从天山到长江,从北京到宁夏,如今高分专项系列卫星正在越来越多的区域和行业中发挥重要的作用。受厄尔尼诺现象影响,我国极端天气频发,防汛防涝形势严峻。水利专家们夜以继日地关注着汛情的变化,而高分卫星成为水利专家们监测汛情的重要工具。抗洪工作落实在点,防汛规划则要更加宏观,这正是高分卫星的长处。高分最大的优势就是对大范围区域情况看得更清楚,问题解决得更充分。在新疆,草业工作者们的工作也因为高分卫星的应用而改变。通过对高分卫星数据的应用,新疆在湿地保护、油田生态安全、水资源利用等方面成果显著。据介绍,近期,通过对高分卫星数据的使用,新疆各有关部门已经完成了近30年艾比湖流域耕地及水域等生态环境变化监测、乌鲁木齐工业园区近10年园区建设情况、阿勒泰布尔津县近30年耕地扩张情况等情报产品的生产,撰写了《艾比湖湿地大幅萎缩,生态治理已刻不容缓》等情报分析报告。在宁夏,高分卫星正在精准扶贫工作中大显身手。固原地区自然条件恶劣,是有名的贫困地区,搬迁移民成了脱贫的重要手段。如今,在搬迁过程中,高分卫星发挥了重要作用。

  高分卫星的快速应用,使我国的卫星数据自给率达80%,摆脱了对国外的依赖。据统计,目前,高分一号卫星累计分发数据420余万景。截至2016年6月底,高分一号卫星2米/8米数据全国有效覆盖948万平方公里,全球有效覆盖8255万平方公里,已全面进入了主要应用领域,2米全色/8米多光谱数据自给率达80%;有效支撑了减灾、气象、地震、林业、环保等行业主体业务需求。在高分专项系列卫星发射应用之前,中国的遥感卫星数据长期依赖进口,国土、水利、林业、海洋等行业每年都要花大价钱去购买国外遥感卫星数据。随着高分数据持续稳定免费供应和数据处理服务逐渐完善,国外卫星数据在国内市场的占有率以及数据价格均大幅下降。高分卫星数据已进入重点行业主要业务,已实现替代进口,数据自给率达80%,成效显著。高分的使用,提升了我国在水利监测数据层面的国产化程度,摆脱了对国外卫星数据的依赖。

  白照广多年从事环境、减灾、海洋、国土遥感卫星技术研究工作,了解陆地、环境与海洋遥感多手段、大视场、高时间分辨率等需求,掌握低、中、高分辨率及从可见光到红外、超光谱成像卫星设计技术,具备主持卫星研制重大工程工作能力。参加过7颗卫星研制与发射了后续还将研制与发射高分一号业务星、环境减灾二号等多颗卫星。

  科学技术是第一生产力。这一论断在数十年的时光里得到了无数次证实。只有科学技术取得发展,国家才能在世界强国之林中屹立不倒。在科学技术的浩瀚星空里,航空航天技术虽然是尚且年轻的一颗,但早已表现出不俗的实力。

  白照广的先进事迹会照亮以后科学家们的前进道路,会有越来越多曾经仰望星空的孩童成长为负担起强国责任的优秀科学家,他们会利用自己的专业知识引领国家航空航天事业蓬勃发展,中华民族的复兴指日可待!

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