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中法合作首颗星背后的故事

2018-12-20 09:18来源:科学网 www.sciencenet.cn

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  中法海洋卫星在轨示意图(图片来源:航天东方红卫星有限公司)

  12月初,在轨运行一个多月的中法海洋卫星,获得首批海洋动力环境数据。

  这是中法合作孕育出的第一颗卫星,从酝酿到诞生,历时13年。2005年,中法两国签署了中法关于天文和海洋领域合作的行政协议,2009年,中法海洋卫星项目正式立项。

  第一批数据的传回,让中国科学院国家空间科学中心(以下简称空间中心)的一群科学家兴奋极了——这是他们用十多年青春,换回的第一批成果。

  挑战:“我们希望能做些更有意义的事”

  2005年,中法合作的行政协议刚签时,人们只知道是中国和法国要联合研制发射一颗海洋卫星,但具体这个卫星要用来做什么,要搭载什么载荷,还都是未知数。

  “最初的方案是法国提供载荷,中方提供发射。但从科学目标的角度,我们希望能做些更有意义的事。”中法海洋卫星微波散射计主任设计师、空间中心副主任、研究员董晓龙在接受《中国科学报》记者采访时回忆。

  很快,在国家卫星海洋应用中心的牵头下,中方成立了一个团队,对中国科研机构提出的各种载荷方案进行讨论和遴选。最终,董晓龙带队的空间中心提出的微波散射计方案被采纳,这个载荷将高精度地测量风的情况。

  由于法方载荷目标是高精度测量浪的情况,中方的这一选择让中法海洋卫星成为一颗可以同时精准测量风浪情况的卫星。

  “风浪各要素之间是一个复杂系统,目前,世界上已经建立了很多风浪模型,但要实现精准预测或是进一步优化和完善模型,还需要对要素做更充分的观测。如此一来,才能保证模型准确、预报精准。”董晓龙说。

  然而,中国提出的方案也是一个过去从没有人尝试过的方案。

  过去,人们用微波测量风的大小和方向,主要有两种体制,要么用多个固定的扇形波束,要么用旋转扫描的笔形波束。不过,两种体制各有利弊,前者观测角度固定,但观测条带较窄,并且在星下与法方载荷重叠覆盖的区域存在观测空隙;后者观测条带较宽,但观测视角数少,并且扫描天线体积大,扫描对卫星扰动大。

  为了提升测量精度,更好地实现中法两个载荷的联合观测,董晓龙和他的团队决定,把过去的两种方案结合在一起。这个做法在国际上还是第一次。

  “新体制的散射计在国内外都没有可以参考的样例,从仿真到载荷实现,我们一路摸索过来,一路带着很多很多的问号。地面测试过程中,我们反复验证。直到卫星上天之后,悬着的心才最终放下来。”中法海洋卫星微波散射计副主任设计师朱迪说。

  停滞:“紧绷的弦突然断了”

  参与中法海洋卫星研制的科研人员,几乎都经历过一段痛苦的4年。不过,这段痛苦,对于朱迪来说,可能更深刻一些。

  博士一毕业,朱迪就加入了中法海洋卫星载荷研制工作。中法海洋卫星是他参与研制的第一颗卫星。这也是他第一次以副主任设计师的身份主持载荷硬件设计工作。

  然而,让他没想到的是,本来计划在2014年或2015年发射的卫星,中途遭遇了长达3年多的停滞期。

  2012年年初,卫星眼看着就要进入正样阶段了,美国的元器件出口政策忽然发生了改变,以至于法方载荷所用的很多元器件无法在这颗卫星上使用。于是,法方只能将这些元器件全部替换掉,并且要用很长的时间重新进行新的设计和验证。

  “在此之前,我们的时间都安排很紧张,经常是在做上一个试验的同时就安排好了下一个试验,人员精神也高度集中。到了2012年,项目突然陷入了停滞状态,感觉脑子里紧绷的弦好像突然断掉了,有些茫然。”朱迪说。

  尽管茫然,两国科学家的卫星研制工作并没有停下来,卫星接口等技术方案仍在向前推进。

  直到2015年1月中法两国政府签署谅解备忘录,决定继续推进中法海洋卫星之后,项目才有了起色。2016年初,停滞将近4年的项目正式重启。

  而这时,新的问题又来了。“由于等了4年,我们的载荷面临着大批元器件过期的问题,这对项目经费和进度都提出了挑战。”朱迪说。

  重启后的项目,直接从已经结束的初样阶段进入了正样阶段,为了赶进度,这一阶段比项目停滞前的进度更加紧张了。“跟重新做一遍差不多,设计要重新复核,元器件要重新筛选。”朱迪说。

  收获:“一桌子人里,一大半是从空间中心走出去的”

  如今,经历过挑战与波折的中法海洋卫星卫星观测和数据处理都取得重要进展,获得第一批海洋动力环境数据,但空间中心科研人员的工作并没有结束。

  对于中法海洋卫星微波散射计数据预处理项目负责人云日升等人来说,重点工作才刚刚开始。

  “这是一个新体制的载荷,数据处理软件的调试中可能会遇到一些新问题,所以我们的工作一直都比较紧张的。”云日升说。

  董晓龙告诉记者,在中法海洋卫星微波散射计的研制中,空间中心科研人员负责着从原理研究、载荷研制到数据处理的全链条工作。

  而更有趣的是,虽然除了空间中心外,这根链条上还有其他一些科研单位参与,但不少其他科研单位的实际参与者,曾与空间中心结下过不解之缘。

  “每次我们开会,都有一桌子人。一桌子人里,一大半是从空间中心走出来的。”董晓龙笑着说。

  参与做海面风场反演的南京信息工程大学教授林文明,曾经是董晓龙的博士生。“在2009年项目立项之前,每次开会都是我们两个人去,他博士在读期间,负责了载荷体制的前期设计、仿真、论证工作。”董晓龙说。

  除了林文明外,在那张桌子前就坐的,还有国家卫星海洋应用中心中法海洋卫星项目主管郎姝燕,北京航天宏图信息技术股份有限公司科研人员鲍青柳等,他们也都曾在空间中心微波遥感技术实验室接受过早期的学术训练。

  中法海洋卫星研制的十多年来,空间中心自身也积累和成就了一批新生代人才,朱迪就是其中之一。“在国际合作中,中法双方相互学习了很多,在学习的过程中,我们也积累了一批人才,而随着数据陆续出来,后续还会有更多的学生参加到项目中来。”朱迪说。(完)

[责编:毕孝斌]

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