李安:天地联接信号的“守护者”

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李安(右)与外国专家讨论技术问题。人民视觉
密云、喀什、三亚、昆明,这4个遥感卫星接收站所覆盖的卫星数据接收范围,包括了我国全部领土和亚洲70%的陆地区域,是世界上接收与处理卫星数量最多的地面站之一。
每次卫星“路过”地面站的时间只有十几分钟,有时更短,工作人员必须迅速准确地将卫星从太空收集的海量原始数据“抓取”下来并且存档、处理,转换成一幅幅看得懂的数据图。作为“掌门人”,中国遥感卫星地面站主任李安也因此被比作天地联接信号的“守护者”。
李安25年的科研生涯同中国遥感卫星地面站紧紧联系在一起,而他所做的,可以凝练为一句话:“为国家需要做科研。”
从引进吸收到自主研发,和遥感卫星地面站一起成长
卫星遥感是新兴学科,我国在拥有自己的遥感卫星地面站之前,只能通过购买国外的卫星数据获取相应的资料,难度大、时效性差,数量又极其有限。1986年,我国终于建成了自己的遥感卫星地面站,但在起步阶段还面临很多技术难题。
1992年初春,刚从中国科学院研究生院毕业进入中国遥感卫星地面站工作的李安,就遇到了地面站的数据处理系统出现重大问题:无法正常处理美国LANDSAT—5卫星的热红外波段观测数据。
这颗卫星是全球应用最广泛的民用陆地观测卫星,是中国遥感卫星地面站成立以后接收的第一颗遥感卫星,也是当时我国能接收和处理的唯一的陆地观测卫星。经过数年在轨运行,卫星成像传感器上的关键部件出现磨损,传回地面的热红外波段数据出现了反常变化。
当时,国内还没有能力研制自己的数据处理系统,对这套引进系统进行全面分析和解剖的任务就落在了李安身上。在深入分析之后,李安最终发现了原系统中存在的一个关键错误。这之后,李安又化解了LANDSAT—5卫星运行中出现的另一个难题,从此逐渐成为遥感卫星地面系统的技术骨干。
1997年,地面站启动了我国陆地观测卫星地面系统历史上的第一次存档介质更新换代相关工作。作为核心技术骨干,李安负责数据处理与产品生成系统的研制任务。
“这个项目成功实现了运行系统的自主设计、自主集成,更新换代完成后,存储介质更可靠,卫星数据的处理速度提高了10倍。”李安说,1986年地面站成立之初,用户拿到数据最长需要一周,1997年缩短为1天,如今通常能在1小时内。
2002年,“卫星遥感数据介质存档转换和处理系统”项目获得国家科技进步二等奖,这也是地面站历史上获得的最高级别国家科技奖励。
遥感卫星地面系统复杂、庞大,李安带领团队实现系统能力从量变到质变的飞跃,如“多元卫星海量数据处理与存储系统”的研制完成,使数据处理系统告别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,极大提高了数据处理效率,同时也将人工操作可能带来的错误降到最低。如今,地面站的绝大部分设备均实现国产化和自行研制,卫星数据接收和处理系统均达到世界先进水平,能以最快的速度实现数据接收后的产品处理。
每一次创新,都是为了国家的遥感事业更进一步
“接收、存档、处理国内外遥感卫星和空间科学卫星数据,并为全国用户提供广泛的数据服务,是地面站的核心业务。”李安告诉记者,2008年以后,我国进入卫星发射的“黄金期”,卫星数量不断增加,数据量也成倍增长,民用卫星对地观测进入了亚米级的高分辨率时代,对地面站的技术系统提出了更高的要求。
“码速率必须大幅提高,准确性、可靠性也要保障,因为卫星经过地面站上空时,捕捉信号的时间可能只有短短几秒。此外,还要针对不同卫星的特点作出技术突破。”李安举例说,不同的卫星各有特点,如实践十号卫星是地面站接收的轨道最低的卫星,对卫星轨道预报精度和天线动态性能都提出了很高的技术要求。
作为科学家,李安是严谨的。作为地面站的“掌门人”,李安要求“防范一切可能出错的地方,将稳定性、可靠性提升到100%”。
为了适应新的需求,中国遥感卫星地面站加快建设我国陆地观测卫星的地面接收站网系统,填补了我国西部及南海重要区域的空白,具备了多星接收、全天候、全天时、多种分辨率卫星的数据接收能力。
每一次创新,都是为了国家的遥感事业更进一步。首次研制成功了高码速的地面接收系统,支撑了资源三号、高分系列等国家新一代遥感卫星运行,性能指标国际领先;首次实现了远距离运行无人值守陆地观测卫星数据接收系统;研制的海量数据远距离高速率网络传输系统,对应急事件具有良好的数据响应能力……
接收到的这些数据,在李安看来都是宝贝。这些数据广泛应用于我国的科研、海洋、灾害监测、国土资源、城市规划等各个领域,为国家经济社会发展做出了重大贡献。“比如说1998年的长江特大洪水灾害、2008年汶川地震、2010年玉树地震等历次重大自然灾害中,遥感数据都第一时间响应,为国家决策提供有力的数据保障与信息支持。”
未来以国家需求为牵引,全面提升全球卫星数据获取能力
说起暗物质粒子探测卫星“悟空”、量子科学实验卫星“墨子号”,还有6月15日刚刚发射的硬X射线天文望远镜卫星“慧眼”,李安神色间难掩自豪。这几颗卫星,让人们对我国在空间科学领域取得创新性的重大突破充满期待。
在我国空间科学战略性先导科技专项中,中国遥感卫星地面站负责地面数据接收系统的建设任务,李安担纲总设计师。2015年和2016年,地面站相继成功实现“悟空”“墨子号”的数据接收,以稳定的运行为我国空间科学研究提供了可靠的数据保障。这两个项目,李安带领团队突破了“低信噪比、双旋向信号自适应跟踪”“窄波束、高动态宽带信号快速捕获及跟踪”等关键技术,达到国际领先水平。
回顾这些年的科研历程,李安很少讲自己的故事,更多强调的是国家需要和遥感卫星地面站的团队。谈及未来发展方向,也和国家战略部署密不可分。
进入“十三五”,国家民用空间基础设施规划已经全面展开,这一规划描绘了我国空间对地观测的蓝图,中国遥感卫星地面站将承担更重要的国家陆地观测卫星数据获取任务。
李安说:“地面站作为研究所的重要科技机构,将根据国家统筹部署,积极开展民用空间基础设施地面系统的建设工作,一手抓国内地面接收设施的不断扩充,一手大力推进海外接收站的建设,全面提升全球卫星数据的获取能力。”

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责任编辑: 杨帆