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李安:天地联接信号的“守护者”

科普小知识2022-03-03 00:43:13
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李安:天地联接信号的“守护者”

李安(右)与外国专家讨论技术问题。人们的视野

密云、喀什、三亚和昆明四个遥感卫星接收站覆盖了中国全境和亚洲70%的陆地面积。它们是世界上接收和处理卫星数量最多的地面站之一。

每次卫星“经过”地面站,时间只有十分钟,有时更短。工作人员必须快速准确地从太空中“抓取”卫星收集的大量原始数据,对其进行存档和处理,并将其转换成可理解的数据地图。作为“领导者”,中国遥感卫星地球站的主任李安被比作是天地连接信号的“守护者”。

李安25年的科研生涯与中国的遥感卫星地面站密切相关,他所做的一切可以用一句话来概括:“国家需要科学研究。”

从引进和吸收到自主研发,它们与遥感卫星地面站一起成长。

卫星遥感是一门新兴学科。在我国拥有自己的遥感卫星地面站之前,我们只能通过购买国外的卫星数据来获取相应的数据,这是困难的、有时间限制的、数量极其有限的。1986年,中国终于建成了自己的遥感卫星地面站,但在起步阶段仍面临许多技术难题。

1992年初春,刚刚从中国科学院研究生院毕业并进入中国遥感卫星地面站的李安,遇到了地面站数据处理系统的一个主要问题:无法正确处理美国陆地卫星5号的热红外波段观测数据。

这颗卫星是世界上使用最广泛的民用陆地观测卫星。这是中国遥感卫星地面站建成后接收的第一颗遥感卫星。这也是当时中国能够接收和处理的唯一一颗陆地观测卫星。经过几年的在轨运行,卫星成像传感器的关键部件已经磨损,传回地面的热红外波段数据发生了异常变化。

当时,中国没有能力开发自己的数据处理系统,全面分析和剖析进口系统的任务落在了李安身上。经过深入分析,李安终于发现了原系统中的一个关键错误。此后,李安解决了陆地卫星5号运行中的另一个难题,逐渐成为遥感卫星地面系统的技术骨干。

1997年,地面站开始了中国地面观测卫星地面系统历史上第一项与档案媒体更新有关的工作。作为核心技术骨干,李安负责数据处理和产品生成系统的开发。

“该项目成功实现了操作系统的独立设计和集成。更换后,存储介质更加可靠,卫星数据处理速度提高了10倍。”李安说,当地面站于1986年建立时,用户需要长达一周的时间来获取数据。在1997年,它被缩短为一天,现在通常在一个小时之内。

2002年,“卫星遥感数据媒体归档、转换和处理系统”项目获得国家科技进步二等奖,这也是地面站历史上最高的国家科学技术奖。

遥感卫星地面系统复杂而庞大。李安带领团队实现了系统能力从量变到质变的飞跃。例如,“多卫星海量数据处理与存储系统”的开发,使数据处理系统告别了主要依靠人工操作的历史,形成了用户产品的全自动生产能力,大大提高了数据处理效率,最大限度地减少了人工操作可能带来的误差。如今,地面站的大部分设备都是在国内制造和开发的。卫星数据接收和处理系统已经达到世界先进水平,能够在接收数据后以最快的速度处理产品。

每一项创新都是为了国家遥感产业的进一步发展。

地面站的核心业务是接收、归档和处理国内外遥感卫星和空间科学卫星的数据,并为全国用户提供广泛的数据服务李安告诉记者,2008年后,随着卫星数量的增加和数据量的成倍增长,中国进入了卫星发射的“黄金时期”。民用卫星地球观测已进入亚米高分辨率时代,对地面站技术系统提出了更高的要求。

“编码率必须大大提高,精确度和可靠性必须得到保证,因为当卫星经过地面站时,捕捉信号的时间可能只有几秒钟。此外,应根据不同卫星的特点实现技术突破。”李安说,例如,不同的卫星有自己的特点。例如,Praxis-10卫星是地面站接收到的轨道最低的卫星,这对卫星轨道预测精度和天线动态性能提出了很高的技术要求。

作为一名科学家,李安是严谨的。作为地面站的“领导者”,李安要求“防范一切可能的错误,把稳定性和可靠性提高到100%”。

为适应新的要求,中国遥感卫星地面站加快了中国地面观测卫星地面接收站网络系统建设,填补了中国西部和南海重要地区的空白,具备多卫星、全天候、全天时、多分辨率卫星数据接收能力。

每一项创新都是为了国家遥感的进一步发展。第一次成功开发了具有高编码速度的地面接收系统,支持资源3和高芬系列等国家的新一代遥感卫星的运行,其性能指标处于国际领先水平。无人远程陆地观测卫星数据接收系统首次实现。所开发的海量数据长距离高速网络传输系统对突发事件具有良好的数据响应能力...

据李安说,所有收到的数据都是珍贵的。这些数据广泛应用于我国的科学研究、海洋、灾害监测、国土资源、城市规划等领域,为国民经济和社会发展做出了巨大贡献。例如,在1998年长江洪灾、2008年汶川地震和2010年玉树地震等重大自然灾害中,遥感数据首先做出反应,为国家决策提供了强有力的数据保障和信息支持

未来,国家需求将成为全面提升全球卫星数据采集能力的驱动力。

说起暗物质粒子探测卫星悟空,量子科学实验卫星墨子,以及6月15日发射的硬X射线望远镜卫星Eye,李安无法掩饰他的骄傲。这些卫星使人们对中国在空间科学领域取得创新突破充满期待。

在中国空间科学战略试点科技项目中,中国遥感卫星地面站负责地面数据接收系统的建设,李担任总设计师。2015年和2016年,地面站成功接收到“悟空”和“墨子”数据,为中国空间科学研究稳定运行提供了可靠的数据保障。在这两个项目中,李安带领团队突破“低信噪比、双旋转信号自适应跟踪”、“窄波束和高动态宽带信号快速捕获与跟踪”等关键技术,达到国际领先水平。

回顾这些年的科学研究过程,李安很少讲述自己的故事,更多的是强调国家需要和遥感卫星地面站团队。谈论未来的发展方向也离不开国家的战略部署。

进入第十三个五年计划,国家民用航天基础设施计划全面启动。这个计划描绘了中国太空地球观测的蓝图。中国遥感卫星地面站将承担获取国家地面观测卫星数据的更重要任务。

李安说:“作为研究所的重要科技机构,地面站将按照国家的总体部署,积极开展民用航天基础设施的地面系统建设。在抓紧不断扩大国内地面接收设施的同时,将大力推进海外接收站建设,全面提升全球卫星数据采集能力。”