近日,武漢大學(xué)自研的衛(wèi)星“啟明星”發(fā)射升空,引起廣泛關(guān)注。除了發(fā)射本身創(chuàng)紀(jì)錄的“一箭多星”外,就是“啟明星”身上的特殊標(biāo)簽――它是一顆以50名博士、碩士、本科生“混編”團(tuán)隊為主體,金光老師作為指導(dǎo)研制出來的衛(wèi)星。學(xué)生們站上前臺,放手去做,老師們退后一步,放心幫扶,這顆截至目前國內(nèi)獨一無二的“學(xué)生衛(wèi)星”,既圓了學(xué)生的航天夢、科研夢,也圓了金光老師的育人夢、教學(xué)夢。
2月27日11時06分,我國在文昌航天發(fā)射場使用長征八號運載火箭成功將22顆衛(wèi)星發(fā)射升空,其中有一顆是“啟明星”。
拿出科研經(jīng)費讓同學(xué)們做衛(wèi)星
2018年他60歲退休,恰逢武漢大學(xué)布局航天光學(xué)遙感器和衛(wèi)星的研發(fā)工作,特別成立了宇航科學(xué)與技術(shù)研究院,在武漢大學(xué)和湖北省、武漢市的大力支持之下,引進(jìn)了很多高端人才,金光就是其中之一。

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雖然在研究所里帶了很多碩士、博士生,但他一直有一個“大學(xué)夢”。金光說,我們上大學(xué)的時候,好多老師都是來自長春光機(jī)所的老科學(xué)家,他們一生在科技前沿做實際研究,經(jīng)驗非常豐富,老先生們給年輕人講課,他們的課既是理論所在,更是一生經(jīng)驗所系,非常接地氣。“我有一個小的夢想,將來能不能回到高校給同學(xué)們上課,參考這種培養(yǎng)體系,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中一開始就接觸世界的最前沿。”
2019年,金光來到武漢大學(xué),相較于從理論到理論、從教材到教材的教學(xué),他說,在長春光機(jī)所40年的科研經(jīng)歷,從水面艦艇到飛機(jī)再到航天,各種光學(xué)儀器我全都干過,我更想把我一生在實際中掌握的知識、技能,乃至經(jīng)驗教訓(xùn),毫無保留地向?qū)W生講授。
金光給本科生開過三門基礎(chǔ)課:《精密機(jī)械》《光學(xué)測量》《工程光學(xué)》。他說:“講一個公式,我會把我過去的科研經(jīng)歷、故事結(jié)合起來,成功的經(jīng)驗以及失敗的教訓(xùn)、發(fā)生的事情歷歷在目,都裝在腦海里,每講一個公式時,我會跟學(xué)生們講,你要注意哪些參數(shù),為啥要注意參數(shù)呢?幾十年前某某項目研究中就是對這個參數(shù)沒太足夠重視,最后出現(xiàn)了什么樣的事故,回過頭來又怎么改變參數(shù),把東西做得非常滿意。講這些學(xué)生非常愛聽,沉浸到一種故事情節(jié)中。”
武漢大學(xué)給予高端引進(jìn)人才1000萬元的科研啟動經(jīng)費落實后,金光想著就用這筆錢讓學(xué)生們做一顆衛(wèi)星,將課堂上書本里學(xué)到的東西活用起來。“在給本科生講《工程光學(xué)》時,我給學(xué)生們一個保證,課程結(jié)束,只要認(rèn)真,就可以去設(shè)計華為的手機(jī)鏡頭了。衛(wèi)星也一樣,技能的提升,回過頭來再將理論認(rèn)識得更透徹。理論和技能兩方面有機(jī)地結(jié)合。”
圖為參與“啟明星”微納衛(wèi)星研發(fā)的博士生張雪峰介紹“啟明星”微納衛(wèi)星的相關(guān)情況
手把手從“什么是衛(wèi)星”開始研究
“像一串糖葫蘆,一箭22星飛到各自的軌道,彼此太相似了,地面測控站正忙著給各家找自己的‘孩子’。”采訪中,金光的 *** 不斷,都是關(guān)于接收衛(wèi)星信號、如何鎖定“不安分”的“啟明星”的事情。
帶著學(xué)生一頭扎進(jìn)科技最前沿,放手讓學(xué)生承擔(dān)重大研究任務(wù),是件稀罕事兒嗎? 金光說,在百廢待興、自力更生的中國科學(xué)界,這可是常態(tài)。
1952年,英國留學(xué)歸來、時任大連工學(xué)院物理系主任的王大珩先生遵從國家安排,服務(wù)國防需要,帶著6個學(xué)生來到長春,創(chuàng)辦了新中國之一個光學(xué)領(lǐng)域研究所――中科院長春儀器館(今中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所前身),6個學(xué)生中就包括后來的光學(xué)與激光專家王之江院士、光學(xué)儀器專家姚駿恩院士等。
金光,1958年生于長春。在來武漢之前,他是地道的長春人,小學(xué)中學(xué),乃至工作到退休,都沒離開過這個城市。1978年他作為恢復(fù)高考后的大學(xué)生考入長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院(今長春理工大學(xué)前身),當(dāng)時,這個由中國科學(xué)院創(chuàng)辦,和長春光機(jī)所“一塊牌子兩個單位”的教學(xué)學(xué)院,也是新中國之一所培養(yǎng)光學(xué)專門人才的高等院校。1988年,金光又考上長春光機(jī)所碩士研究生,畢業(yè)后留所工作,1995年在職攻讀王家騏院士的博士研究生。
上世紀(jì)90年代,隨著中國航天科技的發(fā)展,長春光機(jī)所開始進(jìn)入航天光學(xué)領(lǐng)域,為神舟系列飛船研制對地觀測相機(jī)。金光說,跟他們原來做靶場光學(xué)追蹤完全兩碼事兒,以前是從地上往天上看,現(xiàn)在從天上往地上看,正好倒過來,整個研究體系和標(biāo)準(zhǔn)完全不一樣,相當(dāng)于再次從零開始。經(jīng)過10年努力,當(dāng)神五神六飛上太空時,我國對地光學(xué)觀測分辨率從幾十米一下躍升到一米。其間,金光不僅積累了空間光學(xué)觀測的諸多經(jīng)驗,還對航天、衛(wèi)星的設(shè)計、制造流程有了全面的了解。
2003年,45歲的金光向所里提出,既然我們能做光學(xué)照相機(jī),為什么不能造衛(wèi)星呢?長春光機(jī)所采納了他的建議,當(dāng)時的所長宣明對金光說,既然是你提的建議,就你來干吧。于是,長春光機(jī)所特別成立了空間新技術(shù)研究室,金光任主任。
金光在所里張貼海報,開始全所碩士、博士生海選,金光說,當(dāng)時選的比例是100個報名的選10個,我們既看到他的發(fā)展?jié)摿Γ瑫r又注重知識面的寬廣,然后進(jìn)行綜合考量。最后選了11個學(xué)生組建最初的隊伍。
組隊的之一件事是“忘本”,把之前定的很多研究方向都拋棄了,金光和他們一起從頭學(xué)起,從怎么造衛(wèi)星的每一步學(xué)起。在此基礎(chǔ)上,一年一年不斷 *** ,慢慢隊伍壯大到四五十人,從2005年開始,金光說,我領(lǐng)著這幫年輕人,像自己的孩子似的,手把手從“什么是衛(wèi)星”開始講起、研究起來。
2005年到2015年,整十年的努力拼搏,金光說,我把這幫孩子基本培養(yǎng)成才了。
2015年10月7日,在中國航天酒泉發(fā)射基地,一箭四星,長春光機(jī)所研制的“吉林1號”4顆組星發(fā)射成功,開辟了我國商業(yè)航天的先河,他們將衛(wèi)星光學(xué)分辨率提升到0.72米級別,當(dāng)時的新聞報道說,“在航天界引發(fā)巨大震動”“一次具有里程碑意義的跨越”。
太空圖片傳回,我和老師當(dāng)年一樣流了淚
2019年4月,“啟明星”團(tuán)隊在武漢大學(xué)全校范圍內(nèi)張貼海報,無論是本科生,還是在讀碩士生、博士生,只要愿意從事航天、有熱情研制衛(wèi)星者都可以報名。
得到初步名單后,經(jīng)過教師團(tuán)隊的認(rèn)真考核,最后確定下正式名單。這個“混編”學(xué)生軍一直是“啟明星”研制過程中的主力,歷時3年,其間有的學(xué)生畢業(yè)離開,金光粗略地數(shù)了一下,參與到“啟明星”研制的學(xué)生大約有50人,本科生20人,研究生30人。
衛(wèi)星研制一般分為結(jié)構(gòu)、熱控、姿態(tài)控制、星務(wù)、通信、電源等幾大系統(tǒng),學(xué)生團(tuán)隊也有模有樣,按照這些系統(tǒng)分成若干個研發(fā)小組,全程參與到了衛(wèi)星研制中。金光當(dāng)時帶的3位博士生也參與到了不同領(lǐng)域的研發(fā)。
讓學(xué)生走上前臺,金光還給了一個“奇怪”的理由。金光的導(dǎo)師是王家騏院士,和蔣筑英一樣,王院士是長春光機(jī)所的第二代科學(xué)家,曾負(fù)責(zé)中國神舟飛船光學(xué)測量相機(jī)的研制。金光說,“神五上搭載的光學(xué)相機(jī)傳回圖片時,王老師眼淚止不住流下來。當(dāng)時我還非常不理解,都五六十歲的老先生了,俗語講,男兒有淚不輕彈,怎么就會抹眼淚。當(dāng)我自己挑大梁干的時候,之一次看到自己研制的空間相機(jī)的圖像,眼淚也嘩嘩掉下來。王老師他們十年磨一劍,我們十年磨一星,每天都是加班加點,一天恨不得當(dāng)兩天用。其間所經(jīng)歷的波折、挫折、迷茫,在一個人的人生經(jīng)歷里都會留下深深的烙印。科學(xué)研究對人心靈的折磨,或者是取得成功所帶來的喜悅,難以用語言來表述,一‘淚’消萬愁。‘啟明星’建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲辛鞒躺希總€學(xué)生都付出了極大的心血,我想讓他們理解看到自己的圖片的那一刻的激動。”
圖為衛(wèi)星的太陽能電池帆板
郭羽萱是金光2020級博士研究生,她參與了“啟明星”衛(wèi)星圖像處理方面的研究。她想起剛進(jìn)校時,金光并沒有馬上告訴他們參與這個項目,而是把他們送到了長春光機(jī)所,跟著自己曾經(jīng)的學(xué)生學(xué)習(xí)。郭羽萱說,衛(wèi)星項目是一個涉及很多領(lǐng)域的綜合性工程,金老師沒有將項目很正式提出來,而是讓學(xué)生們先去學(xué)習(xí),先去體驗,找自己感興趣的領(lǐng)域,然后看我們感興趣的程度以及能否將自己之前所學(xué)應(yīng)用到其中,再來決定我們的方向。我之前做遙感專業(yè)圖像處理研究,參與了衛(wèi)星研制后,就不得不去了解物理、電子信息等方面的知識。接觸了衛(wèi)星之后,郭羽萱更多地要跟硬件打交道。“金老師常說,你可以玩軟件,只有做出實打?qū)嵉挠布攀钦嬲私夂驼莆樟诉@個領(lǐng)域。”
金光另一位2020級博士生李嫵舟,一考上武大就參與到了“啟明星”項目的研制中。她負(fù)責(zé)衛(wèi)星姿態(tài)控制,這是金光給她的建議。她說,當(dāng)時和老師溝通過,他覺得自己是物理學(xué)院畢業(yè)的,對這一塊比較了解,所以定了這樣一個方向。衛(wèi)星的姿態(tài)是由兩個傳感器來決定的,一個是星敏感器,通過測定天空中恒星的位置來確定自身的絕對方位,缺點是更新速度比較慢,跟不上衛(wèi)星姿態(tài)的變化需求;另一個傳感器是陀螺儀,可以測出衛(wèi)星當(dāng)下姿態(tài)變化的角速度,缺點是只能測相對位置,但更新速率快。兩個傳感器結(jié)合就可以準(zhǔn)確知道衛(wèi)星當(dāng)下的姿態(tài)。這是書本上都知道的道理,但是一旦放到實際中,如何將兩者組合搭配好,問題就一大堆。“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行,這兩句話真實地概括了我的感受。但是最終還是拿下來了,事后證明,他讓我做這個的眼光是比較準(zhǔn)的。”
金光:武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院宇航科學(xué)技術(shù)研究院教授、博士生導(dǎo)師,主要研究方向為光電工程和航天智能遙感儀器。曾任吉林省小衛(wèi)星技術(shù)國家地方聯(lián)合工程中心主任、國家863-701領(lǐng)域?qū)<摇,F(xiàn)擔(dān)任中國空間科學(xué)學(xué)會副秘書長、理事,中國空間科學(xué)學(xué)會-空間光學(xué)與空間機(jī)電專業(yè)委員會常務(wù)副主任,中國儀器儀表學(xué)會精密機(jī)械分會理事長。
長期從事光電工程領(lǐng)域的科研理論和工程項目的研究工作。主要研究內(nèi)容涵蓋了靶場光電經(jīng)緯儀的白天測量恒星技術(shù)和標(biāo)校理論、機(jī)載光電跟蹤測量的目標(biāo)定位誤差分析理論、三線陣航天立體測繪相機(jī)設(shè)計理論和工程研制、航天高分辨率超輕型全碳光學(xué)相機(jī)的設(shè)計理論和工程實施、星載一體化衛(wèi)星總體設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、吉林一號衛(wèi)星工程項目(一箭四星)的研制和組織實施。在航天光學(xué)相機(jī)方面,創(chuàng)造性提出同軸五反的全碳相機(jī)的新型概念,采用超輕量化碳化硅為光學(xué)反射鏡、桁架式碳纖維相機(jī)結(jié)構(gòu),突破了大口徑碳化硅光學(xué)反射鏡柔性支撐的技術(shù)難題,在國內(nèi)(2014年底)首先獲取了0.3米高分辨高清晰航天影像,為我國軍事航天偵察提供了極為先進(jìn)的手段。在以載荷為中心的小衛(wèi)星設(shè)計方面,提出了星載一體化的先進(jìn)理念,建立了以載荷為中心的設(shè)計 *** ,攻克了平臺和載荷之間的動力學(xué)耦合難題,實現(xiàn)了高分辨光學(xué)衛(wèi)星的微小型化,并將該技術(shù)成功應(yīng)用到“吉林一號”衛(wèi)星星座上,開創(chuàng)了我國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展的先河。
幾十年來,先后主持完成國家級和省部級科研項目20余項,其中國家自然基金1項,國家863課題十余項,國家863重大項目1項,吉林一號一箭四星項目1項。以之一作者或通信作者發(fā)表文章50余篇,編寫專著三部,獲發(fā)明專利40余項,獲得國家科技進(jìn)步二等獎一項,軍隊科技進(jìn)步一等獎二項。