《国际太空》《卫星应用》
  
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专访中国工程院院士、航天电子技术专家张履谦
来源:《卫星应用》作者:贠敏  靳颖 

投资在天  受益在地

——专访中国工程院院士、航天电子技术专家张履谦

                                            本刊记者  贠敏  靳颖

张履谦院士是我国雷达及航天电子技术专家,1995年当选为中国工程院院士。1951年,他在总参通信部研究雷达和抗干扰技术,为抗美援朝和创建我国电子对抗事业作出了贡献。1957年以后,他调至国防部第五研究院,从事航天领域的研究,参与航天型号和卫星的研制工作,做出了显著成绩。他主持研制的成果曾获全国科学大会奖一次、国家科技进步特等奖一次、一等奖一次,并获何梁何利基金科学技术进步奖和中国载人航天工程突出贡献者奖。张履谦对中国卫星事业的贡献更是显著的,他在通信广播卫星、气象卫星、资源卫星、导航定位卫星、雷达卫星等研制过程中,参加了方案制定,指导技术攻关,为其保驾护航和谋划发展,做了许多细致的工作。1991年,他主持撰写了《关于提高中国应用卫星研制水平的研究报告》,提出了发展中国应用卫星的规划和建议,被当时的国防科工委领导采纳实施,对中国应用卫星事业的发展起到了促进作用。他还十分注重卫星应用开发工作,提出了投资在天、受益在地天地一体化工程概念,对卫星应用事业的发展,起到了很好的推动与指导作用。

20131115,中国宇航学会卫星应用专业委员会正式成立,张履谦院士被聘为专业委员会顾问组专家,参加了成立大会,见证了中国卫星应用发展进程中这一重要时刻。会后,本刊记者带着若干卫星应用的问题,专访了张履谦院士。

记者:20世纪80年代发射东方红二号通信卫星时,您提出了投资在天,受益在地的理念,这适用于所有应用卫星的情况,请问您对此有何看法?

张院士:应用卫星和卫星应用是我们振兴中华一个非常重要的领域,中国宇航学会正式成立卫星应用专业委员会,这对推动我国卫星应用事业的发展,具有重大意义。

回忆在1985年,我调到航天部科技委从事卫星方面的工作,第一件事就是去调查东方红二号在轨卫星的故障原因。我记得一天晚上李鹏总理来电视接收站视察,正好看到卫星电视广播的画面清晰,声音宏亮,大家都很高兴,但第二天,就传来了广播的图像没有了,转发器的螺流增大,行波管停止工作,卫星出了问题,这件事给我的触动很大。

为了调查清楚卫星故障原因,航天部科研局要我组织一个故障调查小组,到转发器和行波管研制单位进行调查研究,卫星故障排查进行了两年,才弄清楚原因,因为地面试验工作没有做透,深层次的问题没有发现,这就要求我们必须把地面的工作做深、做透,上天才不会出问题。

东方红二号卫星发射成功后,我国有了自己的通信广播卫星,实现了我国边缘地区和城市间的通信,促进了我国通信事业和国民经济的发展,实现了广大国土和对边远地区的电视广播,改善了人们的文化生活。

我们研制卫星,其目的是为了应用。研制成功一颗卫星,所费的代价是很大的,当时在我的心目中,产生了一种强烈的思想念头,卫星在天上,真正的用途在地上,因此说投资在天,受益在地

卫星技术发展很快,用途日益广泛,在国防、工业、交通、经济、金融、保险、海洋、农林、水利、渔牧、教育、医疗、环境、文化、艺术等等领域,都可以应用卫星来驱动其发展,促进社会进步,只要你想得到,它就可以做得到,有着非常广阔的应用前景。

现在,国际上普遍认为卫星投资与效益之比在1:10左右,这是有一定根据的。

我对卫星研制和卫星应用有着深厚的感情,因此对中国宇航学会成立卫星应用专业委员会感到由衷的高兴。

记者:1991年您主持撰写了《关于提高我国应用卫星研制水平的研究报告》,请问主要提出了哪些发展建议,这些建议对我国应用卫星发展有哪些影响?

张院士:1985年到科技委工作以来,第一代的应用卫星研制工作,基本上都参与了。开始时,我参与了风云气象卫星的研制,风云一号气象卫星是极轨卫星,用于获取全球气象图像,风云二号气象卫星是静止轨道卫星,用于快速获取半球气象图像,并进行天气广播,我关心的主要是这两种卫星的空间环境适应性和图像传输质量方面的问题。后来又参与了资源卫星的一些研制工作,并为其谋划建立地面标定场,使图像能取得好的应用效果。通信广播卫星我只是做了一些有关电子设备研制的工作。我也参加了谋划和发展我国的北斗导航定位卫星。从亲身经历的体会,感到我国应用卫星的研制,经过了艰苦的历程,实在是很不容易。

两型气象卫星的研制历程可是非凡,对我们的队伍建设那是一个很大的锻炼,风云一号A星上天只工作了39天,风云二号卫星上天后不久就频频出现了工作不稳定。那时,东方红二号甲转发器少,通信容量不能满足需求。研制的资源卫星分辨率低、谱段少。还有一些应用卫星的研制,我国还存在空白。我国的卫星与国外相比,品种少,性能差,寿命短,研制周期长。如何提高卫星研制水平,是摆在当前的一个严重问题。

因此,当时的国防科工委提出由科技委牵头撰写如何提高我国应用卫星研制水平的研究报告,为领导机关决策提供依据。时任国防科工委丁衡高主任当面交待任务,叫我担任研究组组长,请艾长春、张国富为副组长,还有王兆耀、郑善敏和中科院、电子部的专家和代表参加,共同研究撰写如何提高我国应用卫星研制水平的报告。

我们到北京、上海、西安、兰州等地的卫星研究所,进行了实地考查,了解研制的条件、人力资源、设备等技术情况;接着又前往我国电信、广播、测绘、水电、气象、海洋、农业、地矿、金融、教育等部门,调研对应用卫星的需求和发展。199110月,研究组完成了研究报告,上报给国防科工委丁衡高主任,并报送中央专委。

在研究报告中指出,我国应用卫星研制水平低,其主要原因是我国研制工作基础差、底子薄;系统论证不够,设计与管理水平不高;对预先研究重视不够;国家对航天事业的投资偏低等。

结合我国的具体国情,报告提出提高应用卫星研制水平的基点是:着眼于整个卫星系统总体性能水平的提高,满足国民经济和国防建设的迫切需求,为今后发展奠定基础。同时,要坚持自力更生,提倡大力协同,军民兼顾,突出重点,争取国际合作,积极采用新技术,加强顶层设计,加强预先研究,加强管理水平,适当加大投入,逐步技术改造。

在研究报告里绘制了一幅到2000年我国应用卫星十年发展的蓝图,报告建议应加快发展通信广播、对地观测、导航定位、科学试验四种类型卫星,有东方红三号卫星、Ku频段广播卫星、数据中继卫星、风云一号和风云二号气象卫星、资源卫星等15个型号。

研究报告提出需尽快攻克卫星大型精密可展开天线、不同频段的卫星转发器、高分辨率CCD和红外相机、多通道扫描辐射器、合成孔径雷达、高码率数传等有效载荷关键技术16项;研究报告还提出需攻克卫星平台基础技术13项,有卫星平台的型谱化和优化设计、卫星运动部件的长寿命和可靠性、卫星姿态控制稳定与仿真、高性能推进技术、高效能源、高性能材料、抗辐照加因与抗单粒子效应、星上数据管理等。

报告的主要创新点是首次提出卫星有效载荷的研制要搞国家队,在全国谁家研制的卫星有效载荷水平高就上谁的,不搞独家封闭研制,其效果是激励竞争,提高质量,加快进度。其次是搞基本型卫星平台,将卫星研制实现模块化、系列化,打破过去研制一个卫星要研制一种平台的局面,平台通用化加快了研制进度,保证了质量稳定。还有,在报告中提出了合理可行的一笔技术改造经费,用于搞预研和基础建设,改变过去不重视预研和凑合搞科研的局面,这些建议对卫星研制的技术水平提高,起到至关重要的作用。

这个报告得到各级领导机关的共识,经过两个五年计划的实践,到21世纪初,卫星的研制水平迈上了一个新台阶,实现了所绘制的发展蓝图,形成了空间技术跨越式的发展,出现了群星灿烂的局面。

记者:20051月,您和王礼恒、杨嘉墀、屠善澄、戚发轫、童铠五位院士根据2004年中国北斗导航系统论坛上反映的情况,向国务院提出《关于促进北斗导航系统应用的建议》,并提出了实施典型示范工程、组织北斗用户机的元部件攻关等相关建议,这个联名建议得到了国务院的高度重视。请您介绍一下这个高屋建瓴的建议的背景情况?

张院士:1983年,陈芳允同志与我,共商研究在中国建立双星定位系统(即北斗一号)方案,继而获得沈荣骏院士在测通所领导进行的搭载原理性试验的成功,又得到测绘局卜庆君局长的支持和航天局批准立项,2001年,我国两颗北斗一号卫星研制出厂被送上太空,20035月,一颗备份星又发射定点成功,同年12月,北斗一号地面系统建成和调试开通。北斗一号的设计用户容量是70多万户,除测绘部门外,卫星上天二、三年其他用户不足万户,还有大量的富余,每天在天上的消耗就一、二百万元,实在是令人不安。

我国北斗一号导航卫星显著的特点是除有定位功能外,还有通信报文发送的功能,这是美国全球导航定位系统(GPS)所不具备的。北斗一号的缺点是用户机重量、体积较大,价格偏高,芯片依靠进口,不能无源定位。2005年,我们已开展北斗二代的研制,北斗二代保持系统的通信功能,可以进行无源定位,兼容国外体制(北斗、GPSGLONASS),第一期建立我国及周边的区域性导航定位系统,第二期建成全球导航定位系统。

卫星工程,是天地一体化的工程。研制卫星系统必需抓住顶层设计,天上地面统一考虑,尤其是导航卫星,如果地面不好用,大家不想用,那就得不到效益。我国要搞好北斗卫星导航系统的推广应用问题,第一,要组织示范工程,以范例说明北斗有用,能够在很多业务部门应用,发展北斗二代,是与北斗一号兼容的。第二,要搞元器件国产化,如果买国外芯片,不发展自己的集成电路工业,不但用户终端的价格降不下来,且将受制于人。第三,要国家政策的支持,芯片开发经费的支持。第四,要创新,创新才能前进。这些观点在2004年我们参加的中国北斗导航系统论坛会上取得了高度的共识。

20051月,在王礼恒院士的带领下,我们几位院士签名,向国务院提出《关于促进北斗导航系统应用的建议》,报告送上的第二天就得到了温家宝总理的批示。国家不但将北斗导航系统建设列为国家基础建设规划,还为北斗卫星应用解决了资金投入的渠道问题。

现在,北斗区域卫星导航系统已于2012年底开通,全球卫星导航定位系统计划于2020年实现,北斗卫星应用,出现许多典型的应用工程,兼容芯片已开发研制成功,终端设备的批量生产初具规模,应用与创新有较大进展,呈现出美好的发展前景。

记者:请您谈谈我国发展卫星应用技术的重要性和意义?                                          

张院士:我认为发展卫星应用技术的意义是非常重要的,我强调说三点。

一是发展卫星应用可以促进国民经济增长。卫星应用在工农业生产中可以提高生产力,如通信卫星应用于经济管理、金融监管、远程医疗和教学,气象和对地观测卫星用于气象预报、国土资源勘探、农林作物监测、环境保护,导航定位卫星应用于陆上交通、航空航海,等等。这些都是十分有利于促进国民经済增长,卫星的应用领域十分广泛。再举一个例子,借助于卫星通信,可以实现网络化生产。据报道,手机厂家通过卫星互联网,一个星期就可以设计制造出一款新型的手机,他是从网上调用其他地方甚至国外生产的外壳、电池和芯片等,很快就研制出新一款产品。卫星应用的发展带来了生产的革命,从而显著地促进国民经济增长。

二是发展卫星应用可以保卫国家安全。现代信息化战争是随着卫星的出现而产生的,例如,国外的军事侦察卫星相机分辨率达到0.1,可以很清楚地观测、识别机场、港口及其武器装备,导航定位卫星用作空间飞行器的全球导航,从而可实现远程进攻打击。如果没有侦察卫星和全球导航定位卫星,美国就不可能声称对世界任何一个地方实施外科手术式打击。由此可见卫星在军事上的作用,发展卫星应用对国防十分重要,可以保卫国家安全,人民才有稳定的生存和发展环境。

三是发展卫星应用可以增进人民幸福。应用气象卫星可以预防、减少恶劣气象带来的灾害;应用环境卫星实现环境监测,减少环境污染,人民可以在健康的环境中生活得更幸福;应用广播通信卫星可以丰富人民文化生活,全国特别是边远乡村也可以收看、收听丰富多彩的电视和广播节目。

因此,发展卫星应用技术意义重大,《卫星应用》办刊的责任十分重大。

记者:请问,您认为今后发展卫星应用应着重注意哪些问题?

张院士:现在我国卫星应用有了一定的基础,今后应注意的问题,我谈些不成熟意见。

一是要花更大的力气来进行推广应用。经过国内多次卫星应用论坛和会议的召开,宣传了卫星应用的意义,交流了已取得的成果,介绍了一些取得良好效益的工程,促进了卫星应用的发展,但就全国来讲,发展是不平衡的,卫星应用有的地方好,有些地方差,好像是南热北冷,东暖西凉。南方和东南沿海地区对发展卫星应用热情很高,北方和西部要差一些。今后,有关部门应加强引导,出台一些优惠政策,进一步办好技术交流平台,推广成果应用,将全国各地的卫星应用事业掀起高潮。

二是要努力于技术创新。技术创新才能推动卫星应用的发展,只有终端性能提高和价格下降,好用、实用、耐用、经济的产品,才能对人有吸引力,要做到这点,那就要靠技术创新。卫星应用的领域和范围是很广的,要在各个方面努力技术创新,推广其应用。

三是要形成产业化。我国是一个卫星应用的大国,应用的领域和需求的数量是极为可观的,卫星应用的发展必需形成产业化,通过产业化降低成本,提高质量,产生效益。

四是要集成和融合。卫星具有通信、广播、导航、定位、气象、成象等多种功能,孤立的功能数据,所起的作用是有限的,卫星应用的一个重要发展方向是集成和融合,将多种功能集成一体,将多传感器数据进行融合,将多种网络数据进行融合,向用户和决策部门分发,广阔开拓卫星应用新途径。

记者:《卫星应用》期刊从1993年创办内刊到现在公开发行,已经整整20年了。20年来,中国航天取得了跨越式发展,与之相随的卫星应用也从应用研究迈向业务化运行,走入寻常百姓家。《卫星应用》见证了中国卫星应用的成长,您对我们期刊今后的发展有何建议?                                  

张院士:《卫星应用》期刊我经常看,再忙也要翻一翻。《卫星应用》走过了20年的历程,许多图书馆的书架上也都摆着《卫星应用》刊物,为读者所喜爱,办得很好,对科学技术普及、行业的学术交流和卫星应用事业的发展,很有促进作用。

建议今后《卫星应用》围绕应用,多报道一些国内各行业的典型案例,如在海洋、环境、气象、通信、导航、铁道等领域的一些成功应用,以推动卫星应用技术的发展。还要注意报道一些国内、外卫星应用的技术创新,现在哪个方面有技术创新,哪个地方就有生命力,卫星应用也不能例外。还要多报道一些囯内产业化发展的情况,以促进我国卫星应用产业化。随着我国向航天强国发展的使命,《卫星应用》的责任重大,使命光荣,希望能办成中国宇航学会卫星应用专业委员会的会刊,指导全国卫星应用技术和产业的发展。

党的十八大三中全会提出中华民族伟大复兴的历史任务,应用卫星和卫星应用领域也是中国梦的重要组成部分,我们要抓住当前的发展机遇,作出应有的贡献。