在大連理工大學(xué)的實驗室里，于曉洲說：“作為大連理工大學(xué)發(fā)射的第一顆衛(wèi)星，同時也是遼寧省發(fā)射的第一顆衛(wèi)星，其承載的新技術(shù)是一次機(jī)遇與挑戰(zhàn)?！?/p>
5月10日，天舟六號貨運(yùn)飛船在長征七號運(yùn)載火箭的搭載下，扶搖而上奔赴空間站，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。由大連理工大學(xué)運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部航空航天學(xué)院科研團(tuán)隊設(shè)計研制的遼寧省第一顆衛(wèi)星——“大連1號—連理衛(wèi)星”搭乘天舟六號貨運(yùn)飛船飛向太空。
“衛(wèi)星，是我的滿腔熱血與不遺余力”
大連1號—連理衛(wèi)星的任務(wù)是與大連理工大學(xué)的7.3m X頻段地面測控站進(jìn)行配合，實現(xiàn)任務(wù)上行和數(shù)據(jù)下行的測控操作，主要開展低成本亞米級高分辨率的海洋、地面觀測以及新技術(shù)驗證。
作為大連1號—連理衛(wèi)星的總指揮，大連理工大學(xué)航空航天學(xué)院教授于曉洲深知這顆衛(wèi)星對自己以及大連理工大學(xué)的重要性。在他看來，近三年的研發(fā)是大連理工航空航天學(xué)院院長夏廣慶與微納衛(wèi)星與電推進(jìn)團(tuán)隊集體堅持的成果。為了順利升空，這半年來每隔幾天便跑一趟北京的辛苦也變成了甜。
于曉洲對衛(wèi)星并不陌生，此前他已主持過多次衛(wèi)星研發(fā)及發(fā)射任務(wù)，而夏廣慶的研發(fā)邀請，讓他激動萬分，對于衛(wèi)星，他仍希望傾注滿腔熱血，不遺余力。
大連1號—連理衛(wèi)星對基礎(chǔ)研究能夠提供怎樣的幫助，于曉洲談到，以大連為例，作為海洋城市，擁有大量海洋產(chǎn)業(yè)，海洋遍布密集航路，通過衛(wèi)星可以輔助大連進(jìn)行海洋產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。大連1號—連理衛(wèi)星在技術(shù)上取得的國際性突破，作為一顆20公斤級的微納衛(wèi)星(一般指質(zhì)量在1~100公斤之間的衛(wèi)星)搭載的一臺高分辨率多光譜相機(jī)，可以在軌全色譜段實現(xiàn)亞米級分辨率，并用于對地觀測，可有效為大連農(nóng)業(yè)應(yīng)用、城市規(guī)劃提供助力。
技術(shù)突破的背后是一次又一次想要放棄的絕望和堅持到底的決心斗爭的結(jié)果。韌性鑄就了創(chuàng)新技術(shù)的大連1號—連理衛(wèi)星，也讓其在國際上有了自己的名號。于曉洲對此深有感觸，“在衛(wèi)星研發(fā)項目立項初期，遇到了新冠肺炎疫情等客觀條件的阻礙，很多元器件無法第一時間獲得;不少零部件無法加工;進(jìn)口系統(tǒng)單機(jī)價格飛漲等原因?qū)е吕щy重重。尤其在一次需要與飛船對接測試前的檢測中發(fā)現(xiàn)缺少器件，但實現(xiàn)對接，該器件不可或缺。擋在對接成功面前的不是價格和匹配問題，而是尋路無門。跑遍了電子市場、上網(wǎng)尋覓，后來到鄭州才買到，隨后又為了能夠在疫情期間與對接測試時間搶跑，輾轉(zhuǎn)三個城市及時趕到北京才完成測試。”
“缺芯少系統(tǒng)，是時候自己上了”
由于與傳統(tǒng)衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制動力系統(tǒng)采用的推進(jìn)劑不同，這顆衛(wèi)星使用的新型推進(jìn)系統(tǒng)既可大幅提升衛(wèi)星在軌快速機(jī)動能力，還具有無毒、能量高、功耗低、可預(yù)包裝等特點。
于曉洲提到，以往由于缺少適用于微納衛(wèi)星的國產(chǎn)操作系統(tǒng)，制約了我國微納衛(wèi)星的發(fā)展。而在2021年，國內(nèi)多家航天研制單位聯(lián)合開發(fā)了一系列基于OpenHarmony的高性能微納衛(wèi)星單機(jī)。而此次大連1號—連理衛(wèi)星其中搭載的就是OpenHarmony經(jīng)過二次開發(fā)，采用了國產(chǎn)芯片運(yùn)行的操作系統(tǒng)，其大幅提高了衛(wèi)星的可靠性與實時性。
在國內(nèi)外兩種系統(tǒng)及芯片的對比中，于曉洲發(fā)現(xiàn)，以往為了穩(wěn)定一直采用的國外解決方案在大環(huán)境影響下恐有不確定因素發(fā)生，而在關(guān)鍵系統(tǒng)中采用國產(chǎn)處理器是一個很重要的決定。在適配過程中，于曉洲親自對比了兩款處理器的性能，測試結(jié)果基本接近，同時國產(chǎn)處理器的成本低，售后更及時，也讓團(tuán)隊一致認(rèn)可了國產(chǎn)方案。為了能夠在國產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計上更加精進(jìn)，團(tuán)隊因此引入了對國產(chǎn)芯片適配更好的OpenHarmony操作系統(tǒng)，于曉洲也正式開啟了將OpenHarmony應(yīng)用到衛(wèi)星的研發(fā)之路。隨后更是在2022年初，由開放原子開源基金會牽頭，中科院軟件所、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、長光衛(wèi)星、愛太空科技、空天創(chuàng)客等共同成立了開源鴻蒙航天工作組(OpenHarmony In Space, OHIS)，大連理工大學(xué)為組長單位，由于曉洲擔(dān)任工作組組長，負(fù)責(zé)開展基于OpenHarmony的航天高可靠實時操作系統(tǒng)的研究與應(yīng)用推廣。
于曉洲談到，“OpenHarmony的加入，為衛(wèi)星分系統(tǒng)可靠性提供了更優(yōu)的解決方案，從而分擔(dān)了不少運(yùn)行壓力，可以更好地投入到整體效率的提升改進(jìn)。國外衛(wèi)星大多采用高性能、高可靠的實時操作系統(tǒng)，在微納衛(wèi)星領(lǐng)域，大多數(shù)采用free RTOS開源操作系統(tǒng)，免費(fèi)提供的原因也讓早期國內(nèi)衛(wèi)星嘗到了‘甜頭’，但如今看來與‘裸跑’差不多。而這樣的局面也讓國產(chǎn)衛(wèi)星陷入到較為尷尬的境地，如果沒有國外芯片的支持，開源操作系統(tǒng)便失去了效果，被整體裹挾的系統(tǒng)與硬件也成為了國內(nèi)研發(fā)人員需要跨越技術(shù)研發(fā)的桎梏?！?/p>
“連理升空，為航空航天人才培養(yǎng)蹚出一條路”
科技自立自強(qiáng)是國家強(qiáng)盛之基、安全之要。六十多年來，中國航天不斷推動自主創(chuàng)新，從白手起家建立“兩彈一星”的豐功偉績，到以載人航天、月球探測等為代表的重大航天工程屢獲突破，為加快建設(shè)航天強(qiáng)國作出積極貢獻(xiàn)。于曉洲說：“芯片短缺時，向外求購價格漲了10倍，研發(fā)過程陷入被動，讓我們不得不調(diào)轉(zhuǎn)方向選擇國產(chǎn)芯片，也從另一個角度催促我們在產(chǎn)業(yè)的各個研發(fā)關(guān)口上加速?！?/p>
《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中具有核心地位，《規(guī)劃》把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究是高水平科技自立自強(qiáng)的迫切要求和根基所在。于曉洲對此深有感觸，基礎(chǔ)研究研究周期長，要耐得住寂寞，例如芯片研發(fā)難度極大，與國外有明顯差距，但是就算這樣，依然需要沉下心搞科研。隨著技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)下不少國產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)突破，而在航天領(lǐng)域中的不少研究所對操作系統(tǒng)研發(fā)都很重視，希望能夠一同投入研發(fā)，制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，OpenHarmony的加入恰逢其時，為航天事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了不小的力量?！澳壳拔覀円苍诤屯新?lián)合制定基于OpenHarmony的星載實時操作系統(tǒng)的宇航標(biāo)準(zhǔn)，希望制定出來后，向全世界推廣，讓國外的衛(wèi)星也能用上中國的標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
不同單位和企業(yè)也表達(dá)了對大連1號—連理衛(wèi)星的支持，開放原子開源基金會理事長孫文龍還曾到大連理工大學(xué)在華為開發(fā)者大會2023的展位上進(jìn)行了參觀。他表示，OpenHarmony搭載大連1號—連理衛(wèi)星成功發(fā)射，豐富了OpenHarmony的使用場景，促進(jìn)了OpenHarmony社區(qū)的繁榮，真正實現(xiàn)了OpenHarmony的上天入地。他希望以連理衛(wèi)星為起點，能有更多航天人推動開源體系建設(shè)，釋放開源發(fā)展?jié)撃?，推動OHIS高質(zhì)量發(fā)展。華為常務(wù)董事、消費(fèi)者BG CEO余承東還在今年華為開發(fā)者大會首日演講中把大連1號-連理衛(wèi)星作為行業(yè)應(yīng)用案例進(jìn)行展示。據(jù)悉，隨著大連1號—連理衛(wèi)星、某電磁雙星、愛太空科學(xué)號等一系列衛(wèi)星項目使用了OpenHarmony操作系統(tǒng)，未來將會有更多的衛(wèi)星項目選擇OpenHarmony。
作為大連理工大學(xué)乃至遼寧省首顆發(fā)射的衛(wèi)星，大連1號—連理衛(wèi)星的成功發(fā)射無疑為大連理工大學(xué)的衛(wèi)星研制和發(fā)射工作開了好頭。根據(jù)規(guī)劃，未來于曉洲還將繼續(xù)研制新的衛(wèi)星。于曉洲談到，對于未來衛(wèi)星的研發(fā)方向，一是集中科研力量，研發(fā)更高端的科研衛(wèi)星;二是組織學(xué)生作為研發(fā)主體，研制一些以鍛煉學(xué)生科研和動手能力為主要目的的教學(xué)衛(wèi)星。由于航空航天人才培養(yǎng)的試錯條件極其嚴(yán)苛，對可靠性要求極高，而航空航天人才又都是跨領(lǐng)域及交叉學(xué)科，培養(yǎng)過程充滿挑戰(zhàn)。夏廣慶曾表示，大連1號—連理衛(wèi)星的成功發(fā)射固然重要，但我們更希望借此為學(xué)校的學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)蹚出一條路。
66年前，人類第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號”升空飛行，宣告人類航天時代的到來。那一刻，人類心中的探索欲望得到了釋放，開始觸及遙不可及的星辰大海，拓展宇宙的邊界，如今，人類可以觸及無邊無際的星際，把目光投向更遙遠(yuǎn)的星系，發(fā)射衛(wèi)星，載人航天，探測月球、火星，不斷書寫著太空探索的新篇章，不僅是實現(xiàn)夢想和挑戰(zhàn)未知，更重要的是拓展人類的生存和發(fā)展空間。大連1號—連理衛(wèi)星僅僅是中國航空航天歷史上的一顆璀璨明珠，但也代表了一代中國航空航天科研人的壯志雄心。
