今日启明星 ︱ 小卫星，大未来——访上海微小卫星工程中心梁广研究员

梁广

梁广成为本期启明星采访对象，主要是因为在2018星友颁证交流会上，他的自我介绍让我们记住了他。而就在前不久，上海市领导又专程到上海微小卫星工程中心调研。相关报道特别点明小卫星研发制造可进一步提升上海科创中心建设的实力，也能为经济转型、产业升级提供手段和动能。也因为这样的背景，我们采访了位于张江的上海微小卫星工程中心的梁广博士。

小年纪，大担当

梁广1983年出生于湖南怀化，这也是著名军事家粟裕大将的故乡。梁广的父亲曾是一所中学的校长，但因为梁广上面有4个姐姐，要供养5个孩子，生活压力可以想见，但父母还是很重视孩子的教育，梁广的姐姐有念到大专和本科的。姐姐们和梁广年龄相差不小，因此也都对他呵护有加。梁广5岁开始上小学，在年级中通常都是最小的那一个，但学习成绩却没有因为年纪小而受到影响，初中考入了怀化较好的学校，高中也是直接保送的。高考时，他的分数与北京大学的录取分数线只差两分，被国防科技大学录取了，但因为不喜欢这个专业，也因为觉得自己还可以再尝试一次，所以他放弃了国防科大，准备复读一年再考。未曾料想考试前发生意外导致受伤，临考前才醒过来，这样考试时多少受到影响，最终未能圆自己的清华梦，而被厦门大学电子信息科学与技术专业录取。未能考进自己理想大学的这个小挫折对于读书一直很顺利的梁广来说也许是一种磨砺，毕竟人生的道路上谁也不可能一帆风顺。

2001年，梁广入读厦门大学，厦大以漂亮闻名，但这里也很宽容，鼓励学生参与校内外各种社会活动。梁广在校期间参与了很多校园竞赛，如全国大学生数学建模大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛等，而且分别获得了国家二等奖、三等奖和省三等奖。他在大三时就加入了陈忠教授的实验室团队，从而较早得到了科研的培养和锻炼。可以看出，梁广的4年大学生活十分丰富和充实，用他的话说：“厦门大学是一所漂亮、包容度也很高的学校。”

由于大学时成绩优异，梁广获得保送资格，被免试推荐到中国科学院上海微系统与信息技术研究所读研。在合肥的中国科技大学代培一年后，他2006年即到微系统所边学习、边做科研。科学院的培养方式基本上是把研究生当职工使用，以工促学，所以那时梁广就开始参与一些背景型号预研项目的研究。类似梁广这种依托项目边学习边做科研的研究生培养模式在中科院已是比较普遍，只是梁广所在的研究所因微小卫星研制任务下达得较紧迫而执行得更彻底。2003年12月，在中科院统一部署下，上海微系统所、上海技术物理研究所联合上海航天技术研究院、上海电信等单位组成的中科院小卫星工程部改名并成立上海微小卫星工程中心（以下简称“工程中心”）。工程中心主要从事微小卫星的设计、研发，工程中心成立至今已成功研制包括新一代北斗导航卫星、悟空号、墨子号、天宫二号伴随卫星等38颗卫星，成为我国科学卫星领域的主力军。2014年7月，中科院又启动了“率先行动”计划暨分类改革，上海微小卫星工程中心成为首批5个试点创新研究院之一，成立了中国科学院微小卫星创新研究院。

梁广硕博连读时师从余金培研究员。余老师是科学卫星方面的元老，是神州七号伴星、墨子号  的主要设计者及其他先导专项卫星的重要设计者，他也是梁广科研生涯中的重要领路人。由于多次涉及伴星这一概念，我们请梁广稍做介绍，他说目前我们的航天系统大都是基于微小卫星和伴随飞行卫星的协同系统，即利用一颗微小卫星对主星开展空间操作和伴随飞行，或多颗微小型航天器在轨配合形成网络化、自主化异构协作系统，通过保持一定的空间构型或操作方位协同工作，联合发挥效能。

上海微小卫星工程中心研制的卫星时间表

2010年，梁广博士毕业后留所工作，入职于中科院上海微小卫星工程中心。其实，梁广所学的电子通讯专业很热门，找工作相对容易。梁广坦言，当时除了可以留在研究所工作外，也有企业提供了薪酬几倍的工作机会，但考虑到研究所和导师对自己的栽培，还是希望能在专业十分对口的岗位上报效祖国。而另一方面，以博士身份直接留所工作其实也是较难的，但由于小卫星事业发展亟须一批优秀人才，研究所对自己培养的学生知根知底，更重要的是梁广在科研和工程实践中已经表现出了较强的能力。例如，他在研究生阶段就已经开始负责一些项目的研发，完成了基于DBF（数字波束形成技术，广泛应用于阵列信号处理领域）的星载相控阵（如61通道16波束发射相控阵、19通道7波束相控阵）样机的研发，这是通信卫星上的核心关键部件。事实上，小卫星研究团队十分年轻，“不按资排辈、以重大成果产出为导向”的体制机制激发了年轻人的积极性和创造力。

小卫星，大容量

在大致介绍了自己入职前的经历后，梁广对目前所从事的科研工作做了介绍。其实说起卫星及其用途，我们大多数人并不陌生，所谓卫星就是通过火箭等运载设备发送到外层空间不同轨道高度、执行某种任务的装置（行话叫载荷）。如装有照相设备的卫星用于拍照、侦察、调查资源，监测地球气候和污染等；装有空间科学设备的卫星可用于科学实验与探测；装有通信设备的卫星可用于广播、电视、电话、数据通信的信号传输等。只是在我们不少人的理解中，卫星大多是一个“大家伙”，重则达吨，所以每发射一次都是大成本的投入，但近几十年来随着商业需求的不断扩增，人们对小型（重量达几十至数百公斤）卫星的需求不断增加。也就是说，除了保证国家需求外，小卫星研制、发射的进一步市场化、商业化已成为国际发展趋势。梁广在硕士研究生的时候就开始介入卫星移动通信方面的研究。以他的理解，在如今这样一个信息大爆炸的时代，建设融语音、数据、视频为一体的全球“信息高速公路”终将成为世界各国大力构建的重要基础设施。而构成“信息高速公路”的核心是一个以光缆信息传输为主，辅以电缆、微波和卫星等的覆盖全球、大容量、高速率的数据通信网。地面光纤虽然具有带宽大、可靠性高、低延迟等优势，但即使按最乐观的成本和时间表，把世界用光纤连接起来仍需要10万亿美元以上的投资和20年以上的时间。而建立卫星通信支线网则相对迅速、安全，而且在全球互联网接入时，卫星通信显示出许多较其他传输媒介优越的特性：终端架设方便快捷，终端可以在边远地区完全独立地运行，覆盖面广（跨国、跨洲或全球，还能克服海洋、沙漠、高山等自然地理障碍）、系统容量大、速率高，在提供互联网宽带接入方面有巨大的潜力。

梁广目前所在的中科院微小卫星创新研究院正在负责研制的全球多媒体卫星系统（GMS）就是通讯、导航与遥感一体化的应用卫星星座系统，一旦投运，用户可以借助这类卫星在飞机、高铁、轮船上直接联网冲浪，享受宽带的多媒体通信和导航等多种服务，同时还能与物联网、智能家居等应用相结合，这也顺应了近年来卫星朝着多载荷、多业务、多应用方向发展的趋势。这将是我国第一个兼容多媒体业务的低轨通信卫星星座。说到这里，梁广应我们要求，介绍了所谓的低轨道卫星和高轨道卫星：高轨道卫星（距地面20000公里以上）虽然覆盖面大，但存在时间延迟长、一些地区信号弱、通讯感不强，地面终端不易于小型化（如手机等）、不适合移动通讯等问题；低轨卫星（200～1500公里之间）具有体积小、成本低、效益高、发射容易（不需要大型运载工具且能够一箭多星）、传播损耗和延迟时间少、无高轨南山效应等优点。作为地面通讯延伸和补充的GMS通过星座覆盖可以较好地解决全球实时覆盖问题，包括一些边远、特殊地区（石油钻井、科学考察和渔民出海等）的通讯难题，以往这些地区使用的海事卫星价格昂贵，且为国外商业公司垄断，随着GMS通信卫星的布局，这些边远、特殊区域的通讯难题有望解决。也是因为以上背景和特点，GMS系统将纳入筹建中的国家专项建设计划“天地一体化”中，成为其重要组成部分。

梁广在载荷暗室进行测试

小团队，大视野

接下来，梁广对他们研制中的GMS做了进一步介绍（他是该卫星系统副总指挥，同时负责卫星载荷设计研制工作，这其中部分内容也是他这次申报的启明星的课题）：GMS采用高功能密度设计，具有高集成度、精致灵敏等特点，同时也兼顾了商业应用的低成本设计。当然，低轨卫星仍然需要解决低轨高速运动下面临的大动态、切换频繁等特殊问题，这也是梁广带领的团队正在攻克的难题。国际上类似GMS卫星系统的有美国的OneWeb商业卫星星座计划和埃隆·马斯克公司的Starlink计划。相比较这些国际巨头，虽然作为后来者的我们目前在设计材料、器件工艺水平和关键技术上还有一定差距，但梁广和他所在团队的小伙伴们信心满满，我们看见在研发实验室张贴着与国际水平对标的时间表。事实上，国家与政府对这些面向国家重大战略需求的领域一直十分重视。由中科院微系统所、技物所、市科委和上海航天局等组建的上海微小卫星工程中心（另一块牌子是中科院微小卫星创新研究院）既是卫星总体设计单位，也是应用制造的引领单位，这样一种体制上的创新是希望力争在基础研究领域取得重大进展的同时，在关键核心技术领域也能实现重大突破，并能有效带动卫星产业链的集聚与发展，包括卫星的材料供应链、应用终端制造和应用业务等，成为上海打响“上海制造”品牌的重要支撑。

梁广参与研制的高分辨率微纳卫星

尽管年方35，但是因为从研究生起就介入相关研究，因此他已是有十几年研发经历的科研人员。梁广在从事卫星移动通信和星载相控阵天线领域（星载相控阵天线技术是提高低轨卫星通信系统性能的核心关键技术）的多年研究中，取得了多项国内首创的领先技术成果，并通过多次卫星在轨应用验证了设计的科学性。例如，他正在研制的“行云”卫星系统主载荷是国内第一个面向商业应用的物联网信息采集通信卫星载荷，该载荷能力强，终端小巧，甚至可以与手机终端一体化集成，应用到智能家居、智能物流、食品药品生产运输的管理和监督中；他是国内首个组网应用的星座系统遥感30号卫星星座的总体主任设计师；他负责的高分专项CX-6卫星点播通信载荷首次实现了面向个人用户的“即点即看即传”的实时图像传输业务，后续在推广到其他卫星中发挥了重要作用，并具备很好的市场推广价值。

梁广在研究中较强的技术攻关和创新能力得到了领导和同行的认可和肯定。目前他牵头与承担的项目有十几个，包括今年入选的启明星计划、科技部重大专项课题、国家自然科学基金、多项背景型号预研课题等，还入选了中科院青年创新促进会，研究经费达上亿元。2018年3月，梁广被任命为工程中心卫星电子信息技术研究所所长。说起启明星计划，梁广说工程中心之前入选启明星计划的几位前辈现在均已成为工程中心的领导和核心骨干，自己也应以他们为榜样。当我们问起曾访问过的该中心2010年入选启明星陈宏宇的近况时，梁广说陈老师是中科院微小卫星创新研究院微纳卫星研究所所长兼创新研究院院长助理、上海科技大学特聘教授。另外两位启明星也都担任了工程中心和创新研究院的领导和业务主管，是多个国家重大型号任务的总设计师、总指挥，也是年轻人学习的榜样。而担任有70人团队的所长后，梁广明白自己肩上的担子和责任更重了。杰出的事业培养杰出的人才，我们祝愿梁广和微小卫星工程中心不断进步，为国家，为百姓，也为他们自己。

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