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五十万米高空捕捉地表细节
“吉林一号”团队十年来在商业航天遥感领域不断探索——
五十万米高空捕捉地表细节(讲述·弘扬科学家精神)
“吉林一号”是我国最大的商业遥感卫星星座和全球最大的亚米级商业遥感卫星星座。2015年，由长光卫星技术股份有限公司研制的“吉林一号”星座首组4颗卫星成功发射，开创我国商业卫星应用先河。10年间，“吉林一号”星座研制团队累计授权发明专利280余项，实现117颗卫星在轨运行。日前，本报记者走进长光卫星，了解“吉林一号”团队开展科研攻关、提供信息服务的故事。
——编 者
走进长光卫星数据大厅，工作人员轻点鼠标，大片青绿交错的影像呈现在屏幕上。依托“吉林一号”遥感卫星高分辨率成像技术，工作人员查看山西省某县小麦长势，系统将农田标注为不同色块，绿色表示长势较好，黄色代表长势正常，红色则提示需施肥或灌溉。“与往年卫星数据相比，这片地区的红色区域较少，代表大部分区域小麦长势正常。”长光卫星副总经理王栋介绍，工作人员会将作物长势、建议重点关注区块等信息形成报告传给用户，帮助其制定春管方案。
长光卫星是我国第一家商业遥感卫星公司，公司的一间办公室里，留存着一沓泛黄的设计草图——“吉林一号”星座首组4颗卫星概念图。2015年10月，这4颗卫星成功发射，拉开我国商业航天的大幕。10年间，这支团队持续助力我国商业航天不断向前。
“就像蒙眼穿绣花针”
逼近技术极限，提高相机质量，面向市场推出高清遥感数据和标准化通用工具
在长光卫星展厅，陈列着“吉林一号”第一至四代卫星模型。展厅尽头，是一幅巨型的长春市区高清遥感图，足有400平方米。细看，小区、厂房、车辆、河流、绿地等清晰可见。这张图正是由“吉林一号”卫星拍摄生成。
2024年9月，长光卫星发布了世界首个高清全球年度一张图——“吉林一号”全球一张图。这张图累计覆盖面积1.3亿平方公里，实现了除南极洲、格陵兰岛外的全球陆地区域亚米级影像全覆盖，使用分辨率为0.5米的影像占比超90%，整体云量小于2%。
“影像分辨率0.5米意味着卫星在50万米高空能够捕捉到的地表最小细节尺寸。影像中的一个像素点，代表实际地面0.5米见方的区域。影像分辨率数值越小，代表分辨率越高，拍摄的细节也就越清晰。”“吉林一号”卫星型号总设计师张雷介绍。
2022年，张雷带领团队开展“吉林一号”宽幅02星的设计研发工作，当时，相机精度已经逼近技术极限，往前的每一步都极为困难。张雷说，需要让相机部组件空间轴进一步精准对齐，可空间轴的具体位置并不可见，“就像蒙眼穿绣花针”。团队不分昼夜，寻找、对齐、测量，失败再重来……两个月后，“吉林一号”宽幅02星平均系统波像差从0.073波长提高到0.056波长，影像质量提高近10%。
拍到高清影像，怎么用？
打开遥感卫星影像库，某地的绿色树木、白色楼宇间，夹杂着一大片土黄色色块。“这片区域正在施工，土黄色色块代表的是裸土扬尘源的重点监测区域。”王栋介绍，通过定期监测影像，配合人工智能算法，能快速识别扬尘源，帮助有关部门开展污染督察与治理。“再比如，2023年，某个林区发现疑似松材线虫疫情，传统人力排查需数月，而‘吉林一号’卫星通过识别树冠颜色变化，3天便识别、锁定感染区域，第一时间上报林业部门定向消杀处理。”王栋说。
随着“吉林一号”在轨卫星数量逐步增多，长光卫星着力开放影像数据使用渠道。“技术发展与开拓市场相辅相成，我们还上线了测距、标注等标准化通用工具，方便用户使用这些数据。”王栋说，公司已同千余家下游企业建立合作，2024年营收超8亿元。长光卫星还研发了国内首个“遥感+人工智能”APP——“吉林一号网”，注册用户已超18万人，切片影像数据在线调用次数破1400亿次。
“打造卫星的‘眼角膜’”
开展自主研发，历经数千次尝试，掌握加工纳米级精度反射镜的技术
生产车间，绿色地面，光可照人。一台橙色机器人正在工作，操作台上，一块4开画纸大小、深黑色的镜片被缓缓打磨成型。“加工反射镜，就像打造卫星的‘眼角膜’。”光学加工技术负责人李岩介绍，反射镜可以将卫星采集到的地球光谱信息精准收录进相机，进而生成图片，是卫星的重要光学元器件。
反射镜加工精度为纳米级，每道加工工序，都离不开团队的自研自编。一些关键加工设备也曾依靠进口，可机器一出故障，只能委托外方维修，费用高、耗时长。
“一定要造出属于自己的设备！”2016年，李岩开始带领团队研制国产智能加工机器人。不出半年，机器人便有了雏形，“开头顺利得超乎想象。”李岩说，“可落到实际加工上，问题出来了——都是按标准规范操作，做出来的反射镜精度就是不达标。”
继续研究。“试验原料切得比巴掌还小，省下一点，就能再多做一次测试。”李岩说。
逐渐有了答案：加工过程中，刀具会产生极微小的磨损，因此，对于全新的刀具和使用过的刀具，操作标准应该略有调整；再者，同样一块材料，加工其边缘和中心部位时，刀具的力度、角度也需要调整……
“要知道这些，只能靠自己摸索。”李岩感叹。历经数千次尝试，2021年，智能加工机器人终于投产。“吉林一号”反射镜主镜加工时间从大约半年缩短到一个半月，加工成本降低两成。
“技术攻关光靠我们一家不行，需要上下游互相扶持。”长光卫星副总经理贾宏光说，“吉林一号”团队还为多家公司提供技术、资金支持，在当地的扶持下，逐步形成超千家上下游企业参与的航天产业生态系统。“吉林一号”卫星部组件国产化率已达100%。
“年轻人早晚会做得更好”
开展头脑风暴，鼓励创新探索，为商业航天培育更多人才
一层网面、一层银膜……走进长光卫星热控实施工艺车间，机械转动，10分钟后，一套两平方米的多层隔热组件制作完成。“卫星在轨运行过程中会面临近300摄氏度的温差，再经过进一步加工，它就会变成隔热保温的‘卫星外套’。”车间负责人吴清爽说，“放在几年前，这个活儿需要3个人一起，忙活1小时。”
“在热控环节，80%以上的工序都能机械化，剩下的步骤，大家有啥想法？”趁着空闲，吴清爽招呼大家开个小组会。
“卫星接地风琴片还要手工操作，一层层夹进隔热组件。能不能让机器人完成？”20多岁的宋秀志率先开口。
“也没那么简单，卫星接地风琴片要求细致，不能出现任何的相对位移和变形。”有人提出质疑。
“我之前了解过，在其他行业有类似的设备，我们能不能借鉴改造？”宋秀志琢磨着。
…………
一阵头脑风暴，吴清爽最后发言：“既然有可行性，小宋你牵头，去申请公司的小微项目。”
“在‘吉林一号’团队，有啥想法，大家都敢说敢试。”贾宏光说，“可能有做不好的时候，但要相信年轻人早晚会做得更好。”团队给年轻人压担子，通过带薪培训、奖金等方式激励创新，也不会因为项目失败而作出处罚。
为商业航天培育更多人才和新鲜血液，还要走出“吉林一号”。
2022年，长光卫星上线了免费下载的“共生地球”APP，便于公众免费体验卫星遥感服务。长光卫星还面向社会举办多期免费培训班，报名者除了相关领域从业者，还有许多有志于从事航天事业的大学生。
贾宏光说，高频次、低成本的商业航天发射正在成为现实，商业航天领域的竞争日趋激烈，但他信心十足。“到2027年底，公司在轨卫星数量预计将增至300颗。政策逐步完善，产业链和人才队伍不断壮大，给了我们继续逐梦星辰的底气！”
(人民日报 本报记者 刘以晴) 【编辑:黄钰涵】