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李安(右)與外國專家討論技術(shù)問題。人民視覺
密云、喀什、三亞、昆明,這4個遙感衛(wèi)星接收站所覆蓋的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收范圍,包括了我國全部領(lǐng)土和亞洲70%的陸地區(qū)域,是世界上接收與處理衛(wèi)星數(shù)量最多的地面站之一。
每次衛(wèi)星“路過”地面站的時間只有十幾分鐘,有時更短,工作人員必須迅速準確地將衛(wèi)星從太空收集的海量原始數(shù)據(jù)“抓取”下來并且存檔、處理,轉(zhuǎn)換成一幅幅看得懂的數(shù)據(jù)圖。作為“掌門人”,中國遙感衛(wèi)星地面站主任李安也因此被比作天地聯(lián)接信號的“守護者”。
李安25年的科研生涯同中國遙感衛(wèi)星地面站緊緊聯(lián)系在一起,而他所做的,可以凝練為一句話:“為國家需要做科研?!?/p>
從引進吸收到自主研發(fā),和遙感衛(wèi)星地面站一起成長
衛(wèi)星遙感是新興學科,我國在擁有自己的遙感衛(wèi)星地面站之前,只能通過購買國外的衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取相應的資料,難度大、時效性差,數(shù)量又極其有限。1986年,我國終于建成了自己的遙感衛(wèi)星地面站,但在起步階段還面臨很多技術(shù)難題。
1992年初春,剛從中國科學院研究生院畢業(yè)進入中國遙感衛(wèi)星地面站工作的李安,就遇到了地面站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)重大問題:無法正常處理美國LANDSAT—5衛(wèi)星的熱紅外波段觀測數(shù)據(jù)。
這顆衛(wèi)星是全球應用最廣泛的民用陸地觀測衛(wèi)星,是中國遙感衛(wèi)星地面站成立以后接收的第一顆遙感衛(wèi)星,也是當時我國能接收和處理的唯一的陸地觀測衛(wèi)星。經(jīng)過數(shù)年在軌運行,衛(wèi)星成像傳感器上的關(guān)鍵部件出現(xiàn)磨損,傳回地面的熱紅外波段數(shù)據(jù)出現(xiàn)了反常變化。
當時,國內(nèi)還沒有能力研制自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),對這套引進系統(tǒng)進行全面分析和解剖的任務(wù)就落在了李安身上。在深入分析之后,李安最終發(fā)現(xiàn)了原系統(tǒng)中存在的一個關(guān)鍵錯誤。這之后,李安又化解了LANDSAT—5衛(wèi)星運行中出現(xiàn)的另一個難題,從此逐漸成為遙感衛(wèi)星地面系統(tǒng)的技術(shù)骨干。
1997年,地面站啟動了我國陸地觀測衛(wèi)星地面系統(tǒng)歷史上的第一次存檔介質(zhì)更新?lián)Q代相關(guān)工作。作為核心技術(shù)骨干,李安負責數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品生成系統(tǒng)的研制任務(wù)。
“這個項目成功實現(xiàn)了運行系統(tǒng)的自主設(shè)計、自主集成,更新?lián)Q代完成后,存儲介質(zhì)更可靠,衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理速度提高了10倍。”李安說,1986年地面站成立之初,用戶拿到數(shù)據(jù)最長需要一周,1997年縮短為1天,如今通常能在1小時內(nèi)。
2002年,“衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)介質(zhì)存檔轉(zhuǎn)換和處理系統(tǒng)”項目獲得國家科技進步二等獎,這也是地面站歷史上獲得的最高級別國家科技獎勵。
遙感衛(wèi)星地面系統(tǒng)復雜、龐大,李安帶領(lǐng)團隊實現(xiàn)系統(tǒng)能力從量變到質(zhì)變的飛躍,如“多元衛(wèi)星海量數(shù)據(jù)處理與存儲系統(tǒng)”的研制完成,使數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)告別主要依靠人工操作的歷史,形成了用戶產(chǎn)品的全自動生產(chǎn)能力,極大提高了數(shù)據(jù)處理效率,同時也將人工操作可能帶來的錯誤降到最低。如今,地面站的絕大部分設(shè)備均實現(xiàn)國產(chǎn)化和自行研制,衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)均達到世界先進水平,能以最快的速度實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收后的產(chǎn)品處理。
每一次創(chuàng)新,都是為了國家的遙感事業(yè)更進一步
“接收、存檔、處理國內(nèi)外遙感衛(wèi)星和空間科學衛(wèi)星數(shù)據(jù),并為全國用戶提供廣泛的數(shù)據(jù)服務(wù),是地面站的核心業(yè)務(wù)?!崩畎哺嬖V記者,2008年以后,我國進入衛(wèi)星發(fā)射的“黃金期”,衛(wèi)星數(shù)量不斷增加,數(shù)據(jù)量也成倍增長,民用衛(wèi)星對地觀測進入了亞米級的高分辨率時代,對地面站的技術(shù)系統(tǒng)提出了更高的要求。
“碼速率必須大幅提高,準確性、可靠性也要保障,因為衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時,捕捉信號的時間可能只有短短幾秒。此外,還要針對不同衛(wèi)星的特點作出技術(shù)突破?!崩畎才e例說,不同的衛(wèi)星各有特點,如實踐十號衛(wèi)星是地面站接收的軌道最低的衛(wèi)星,對衛(wèi)星軌道預報精度和天線動態(tài)性能都提出了很高的技術(shù)要求。
作為科學家,李安是嚴謹?shù)摹W鳛榈孛嬲镜摹罢崎T人”,李安要求“防范一切可能出錯的地方,將穩(wěn)定性、可靠性提升到100%”。
為了適應新的需求,中國遙感衛(wèi)星地面站加快建設(shè)我國陸地觀測衛(wèi)星的地面接收站網(wǎng)系統(tǒng),填補了我國西部及南海重要區(qū)域的空白,具備了多星接收、全天候、全天時、多種分辨率衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收能力。
每一次創(chuàng)新,都是為了國家的遙感事業(yè)更進一步。首次研制成功了高碼速的地面接收系統(tǒng),支撐了資源三號、高分系列等國家新一代遙感衛(wèi)星運行,性能指標國際領(lǐng)先;首次實現(xiàn)了遠距離運行無人值守陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng);研制的海量數(shù)據(jù)遠距離高速率網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),對應急事件具有良好的數(shù)據(jù)響應能力……
接收到的這些數(shù)據(jù),在李安看來都是寶貝。這些數(shù)據(jù)廣泛應用于我國的科研、海洋、災害監(jiān)測、國土資源、城市規(guī)劃等各個領(lǐng)域,為國家經(jīng)濟社會發(fā)展做出了重大貢獻。“比如說1998年的長江特大洪水災害、2008年汶川地震、2010年玉樹地震等歷次重大自然災害中,遙感數(shù)據(jù)都第一時間響應,為國家決策提供有力的數(shù)據(jù)保障與信息支持。”
未來以國家需求為牽引,全面提升全球衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取能力
說起暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”,還有6月15日剛剛發(fā)射的硬X射線天文望遠鏡衛(wèi)星“慧眼”,李安神色間難掩自豪。這幾顆衛(wèi)星,讓人們對我國在空間科學領(lǐng)域取得創(chuàng)新性的重大突破充滿期待。
在我國空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項中,中國遙感衛(wèi)星地面站負責地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù),李安擔綱總設(shè)計師。2015年和2016年,地面站相繼成功實現(xiàn)“悟空”“墨子號”的數(shù)據(jù)接收,以穩(wěn)定的運行為我國空間科學研究提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。這兩個項目,李安帶領(lǐng)團隊突破了“低信噪比、雙旋向信號自適應跟蹤”“窄波束、高動態(tài)寬帶信號快速捕獲及跟蹤”等關(guān)鍵技術(shù),達到國際領(lǐng)先水平。
回顧這些年的科研歷程,李安很少講自己的故事,更多強調(diào)的是國家需要和遙感衛(wèi)星地面站的團隊。談及未來發(fā)展方向,也和國家戰(zhàn)略部署密不可分。
進入“十三五”,國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃已經(jīng)全面展開,這一規(guī)劃描繪了我國空間對地觀測的藍圖,中國遙感衛(wèi)星地面站將承擔更重要的國家陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取任務(wù)。
李安說:“地面站作為研究所的重要科技機構(gòu),將根據(jù)國家統(tǒng)籌部署,積極開展民用空間基礎(chǔ)設(shè)施地面系統(tǒng)的建設(shè)工作,一手抓國內(nèi)地面接收設(shè)施的不斷擴充,一手大力推進海外接收站的建設(shè),全面提升全球衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取能力?!?/p>
(原載于《人民日報》 2017年06月23日 20版)
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