老师拿出800万科研经费，50名武大学生把卫星“玩”上天
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这22颗卫星中，有一颗名为“启明星”的卫星，是由武汉大学宇航科学与技术研究院和遥感信息工程学院的老师和学生团队耗时三年研制成功。
小小的“启明星”，老师搭台，学生唱主角。50多位学生的三年心血，这颗微纳卫星背后的故事也耐人寻味。
“启明星”诞生于一次学生论文答辩
研发“启明星”的点子来源于一次学生的论文答辩，武汉大学遥感信息工程学院巫兆聪教授回忆说，在答辩时，学生多次表达有很多新的想法，但苦于没有合适的数据去研究验证。能用到的数据大多是国外的，而这些数据并不符合自己的需求。别人发布的不是自己想要的，想要的拿不着。
这让坐在台下的巫兆聪和金光教授深有感触，没有自己的卫星，哪会有自己想要的数据。有了自己的卫星，今天发个指令马上拍摄，明天数据就可以传下来。
巫兆聪和金光一合计，既然已经具备团队的研制实力，何不自己筹集经费，设计、制造、发射自己的卫星。就这样，“启明星”在一场头脑碰撞中诞生了。
“启明星”上天，武汉大学宇航科学与技术研究院副院长毛庆洲形容说，推动了武汉大学遥感学科从软件向硬件方面的升级。巫兆聪教授自省说，武汉大学的遥感科学技术已经连续5年被一些学术机构评为世界第一。这次学生全程参与“启明星”的设计制造和应用研究工作，更加增强了他们对这个“世界第一”的自信。
老师拿出800万研发卫星
“启明星”项目的负责人金光教授曾长期在中科院长春光学所工作，是我国航天光学遥感卫星研发的领军人物，著名的“吉林一号”等卫星就是他的太空杰作。2019年退休后，他作为高端人才被引进武汉大学。武汉大学给予他1000万元的科研启动经费。2019年经费到位，金光教授拿出其中的500万元作为卫星研发费用，“启明星”项目正式启动。
武汉大学金光教授（前排左二）。长江日报记者任勇 摄
武汉大学遥感信息工程学院李德仁院士在采访中介绍说，武汉大学近年来布局传感器卫星的研制发射，专门成立了宇航科学与技术研究院，在武汉大学和湖北省、武汉市的大力支持之下，引进了很多高端人才，金光教授就是其中一位。
拿出自己的科研经费搞卫星，金光教授的这一举动让李德仁院士印象深刻，“做人做事很爽快。”李院士说。
金光则表示，武汉作为中国航天的一个重要基地，没有自己的卫星载荷，总觉得缺了点什么，我就想拿着这笔钱贡献自己的一点微薄之力。
除了卫星研制的500万元，金光教授另外又从科研经费中拿出300万元作为发射费用。1000万元，一颗卫星用掉了800万元，金光教授说，无论研制还是发射，都太便宜了，划得来。
全校张榜招学生团队
“启明星”放手让学生来做，是个大胆的想法，也是武大遥感学科老师们的共识。
武汉大学宇航院提出一种新教学理念——空间实验室。把卫星作为一种新型的教学平台，把实验室放在天上。金光教授介绍说，这样学生可以通过和卫星的实时互动，在太空中设计、完成实验。
这其实是一个个单一学科背景的学生通过参与卫星的研制、发射、监测，全面熟悉掌握卫星相关技术及应用，成长成遥感领域复合型人才的过程。巫兆聪教授评价说，之前学生们多数做的是一些算法和软件开发，卫星的设计、制造比这要复杂得多。由软向硬的突破和提升，让学生们有一个系统工程全链条思维的锻炼。
欢迎每一个人，2019年4月，“启明星”团队在武大全校范围内张贴“招贤”海报，无论是本科生，还是在读的硕士生、博士生，只要愿意从事航天，有热情研制卫星者都可以报名，不同学科的多多益善。得到初步名单后，再经过教师团队的认真考核，从学术水平和科研奉献的精神，到对卫星项目有没有浓厚的兴趣，几经考量，最后确定下正式名单。名单还充分考虑到不同学科专业的学生会遇到上课或实验与卫星研发时间、方向上的实际冲突，为了解决这个矛盾，团队采取了灵活多样的形式，尽量让每个学生将原有专业和卫星所需要专业有机结合在一起。
卫星研制一般分为机械、热控、姿态控制、星务、通信、电源动力等几大系统，筛选出来的“启明星”学生团队也有模有样，按照这些系统分成若干个研发小组，全程参与到了卫星研制中，从研制、管控、管理到后期应用4个环节，做到了真正的闭环。
从卫星提出想法到研制完成，历时了三年多，其间，有的学生毕业离开，金光教授粗略地数了一下，参与到“启明星”研制的学生大约有50人，本科生20人、研究生30人，学生不愧是“启明星”研发的主力军。
图为参与“启明星”微纳卫星研发的部分武汉大学学生代表合影。 长江日报记者任勇 摄
学生创意催生了夜光遥感
“启明星”的一大亮点是它的夜光遥感，8个波段可以毫不夸张地说，后来居上。而这个创意是由一位女生提出的。
李津津是“启明星”学生研发团队众多女生中的一位，正是当时还在读研一的她提出来，能不能让启明星戴上“有色眼镜”？
过去的卫星夜光遥感是黑白的，只有明和暗的区别，美国的卫星只有一个波段就是如此。想要看到彩色，必须增加波段，只看到红黄蓝，还觉得太简单了，李津津的“雄心”是要看到夜晚的深蓝浅蓝、深黄浅黄、深红浅红等等，这样波段不断增加到8个，比之前我国同类卫星的3波段多了两倍多。波段的增加，不是搭积木一般容易，专门从事夜光遥感的李熙教授说，从3到8，不是量变而是质变。
人眼可见光的频率是480～650纳米，而8个波段的“启明星”夜光遥感频率覆盖了400～1000纳米范围，也就是说，超过了人眼的可视范围，这样“启明星”看到的地球之夜，不仅像人眼一样逼真，而且更清晰广阔。
学生们正在研制和测试“启明星”。图片来源：武汉大学宇航院
更重要的，“启明星”夜光遥感的8个波段是可控可变的，像乐高一样任意搭配，在轨可编程，用户可以定制任意波段组合成像，这也是其他卫星不具备的功能。巫兆聪教授形容说，这种灵活的工作模式类似于人类戴上不同的“有色眼镜”看世界，想看红的就看红的，想看绿的就看绿的。看似一点提升，对我们的研究意义非常重大，学生利用这颗卫星突破教材、论文中学到的条条框框，按照自己的创意应用设计方案，给卫星下命令，以自己想要的方式观测地球，拿到数据以后再来验证当初的奇思妙想是不是合理、可行的，相当于学生的创新工作有了一个很好的试验场。
学生的建议得到老师们的认可，学生的大胆想法也让老师们认真思考，商量后大家觉得可以实现。从来没人干过的8波段夜光遥感定了下来。
在实验中学习，在动手中发现。因为没有人做过，8波段夜光遥感的参数如何设定，加权因子应该多少，大家都不太清楚，按照习惯设定为1.23，但李津津经过研究测算，提出1.23不太合适，要调到1.0左右，一个小小的数字改变，金光教授高度评价，就像女生化妆，1.23是素颜，1.0则是淡妆浓抹，马上楚楚动人，精细的加权会让测量的数据更加完美。学生的创意在这次卫星研制中得到了充分的体现。
“启明星”是“自信”卫星
不光李津津，参与前期系统组织、星上传感器的集成与后期测试工作的周昊，卫星姿态控制的李妩舟，数字卫星系统的张雪峰，后期应用的饶可奕，卫星数据处理的陈俊博，地面处理的柯诗韵，数据接收和卫星测控的路泽忠，遥感谱段选择的林炜华，夜光遥感应用的黄淑娟，卫星整体设计的王广琦，在采访中几乎都谈到了，参与卫星研发，就是一个“从理论知识到工程实际的转变，理论要支撑实践，但实践绝不仅仅只是理论。把书本上的知识变成自己的知识”的过程。
图为参与研发的武汉大学学生代表、博士生张雪峰在介绍“启明星”微纳卫星的相关情况。长江日报记者任勇 摄
李妩舟是金光教授的博士生，主要参与卫星姿态控制研究。卫星姿态是由星敏感器和陀螺仪两个传感器来控制的，星敏感器利用宇宙恒星的位置来确定自身的绝对方位，准确但更新速度慢；陀螺仪测出卫星当下姿态变化的角速度，更新速率快，但只能测相对位置。两个传感器结合，才可以准确知道卫星当下的姿态。李妩舟引用古诗“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”说，以前这些东西都只在书上看过，了解得不是很深刻。经过这一次，对问题的理解就更透彻了。这两句诗可以概括我的真实感受，书上看得再多，不如亲手做一次。
今年研二的黄淑娟，从本科阶段就参与到“启明星”的研制。她回忆起大一大二老师带同学们去武汉地面站参观的情景，“当时抬头往天上一看，感觉卫星离我们好遥远。当老师问我说，愿不愿意参与到‘启明星’的设计制造中来，我还觉得难以置信，真的可以吗？学生也能造卫星吗？”她说。
答案在过程里。博士生张雪峰学软件出身，研发数字卫星系统，却要和诸多硬件打交道：每一个零部件他都要了解、测试、实操，他感慨地说，一开始接触，经常遇到困难。老师们每隔十几分钟就会过来帮我们一次，经过几天的调试，我们把数字系统搭建出来了。之前从来没有这么短的时间完成这样重大的任务，我感觉自身一下成长了。
成长也促进了变革。2020级博士生路泽忠以前研究的是通过仿真手段提高卫星观测率，这其实有些像绘画里的描红，借着别人的线条轮廓描绘自己的图像，因为数据来源于人、受制于人，不得不在“描”上下功夫。而现在有了“启明星”，他说，就不需要再用仿真的手段，通过一个算法软件直接嵌入到“启明星”里，可以得到更精准的结果、更高质量的图像。“启明星”这样一个学生自主搭建的平台，实现了从描图到绘图研究方向的变革。
2018级本科生林炜华用“很奇妙的成就感”来表达这种变革，遥感波段在轨可编辑，方便了数据选择，提高了数据的适用性，也就方便了学生们进行创新性、个性化的实验、应用尝试。不再被动的感觉非常不一样。
从被动到主动，博士生王广琦说，现在我们迈出了很重要的第一步，我们对于卫星设计、制造的流程已经清楚，而且学生团队的成员经过这一次的锻炼，得到很好的培养和提升。后续这些团队的成员会继续进行二号星或其他卫星的研制，将来一定会做出更多功能、更复杂、更高质量的卫星去服务社会、国家发展的需求。
卫星出圈了
什么是卫星？金光教授说，卫星就是围绕地球旋转机器人。研发卫星，和大学里组织学生参加机器人大赛其实是一样的，以学生为主体研制，在老师的指导下完成。全国高校“玩”机器人的很多，但能“玩”卫星的很少，武汉大学提出这个概念可以说是全国高校首创。以学生为主体研发卫星，既提升学生的学识、技术，让卫星飞上太空，也培养学生的使命感、自豪感还有自信，让卫星走下了神坛。
图为在武汉大学宇航科学与技术研究院的大厅内展示的“启明星”微纳卫星模型。长江日报记者任勇 摄
今年研二的柯诗韵清楚记得5年前还是本科生时，上过一门《测绘学概论》，这门课由六位院士共同开设，在结课论文中，她写道，希望将来有一天，我国的遥感卫星不仅是科研人员手里的工具，同时也能够面向民众和学生，能够真正地惠及学生、普及民众。她欣喜地说，“启明星”就做到了惠及学生，之后的互联网卫星“珞珈3号”做到了普及民众，卫星真的“出圈”了。
“以前卫星离我们很遥远，现在我们只有十几厘米的距离。这不但是距离上的突破，也是遥感学科育人落地上的很大突破”，柯诗韵说，“启明星”在遥感卫星史上可能是一颗“流星”，但在他们心中却是一座里程碑。
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