中科院辉煌25年仍嫌平淡,他创立航天公司,立志要帮中国实现数字太空梦

时间: 2018-04-11 13:58:25 编辑: 大数据观察者 来源: 数据猿 作者:小北 标签: 数据观察 天宫一号回归

在轨飞行六年六个月零四天后,天宫一号终于完成了自己的使命,于2018年4月2日再入大气烧蚀销毁。看到这则消息的王世金感到无比欣慰,因为这意味着,他曾主导设计的、安装在天宫一号舱外的三台空间环境探测仪也顺利完成任务,随天宫一号荣归地球。

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在轨飞行六年六个月零四天后,天宫一号终于完成了自己的使命,于2018年4月2日再入大气烧蚀销毁。看到这则消息的王世金感到无比欣慰,因为这意味着,他曾主导设计的、安装在天宫一号舱外的三台空间环境探测仪也顺利完成任务,随天宫一号荣归地球。

王世金:1965年生于辽宁,南京大学天体物理专业毕业。二级研究员,博士生导师,新世纪百千万人才工程国家级人选,现任北京天工科仪空间技术有限公司董事长。曾在中国科学院空间科学与应用研究中心工作25年,从事星载空间环境及其效应的探测与研究工作。曾主持过载人航天、探月、北斗、气象、实践等20多项航天工程的空间环境探测任务,历任航天型号主管设计师、主任设计师、副总师等职。获国家科技进步二等奖1项、部委级科技进步奖多项、赵九章优秀中青年科技工作者奖、载人航天、探月工程、双星-Cluster等突出贡献奖。拥有发明专利10余项。

01 中科院25年:人生就像一枚升空的火箭,轨道明确,落点清晰

在数据猿搜集关于天工科仪董事长王世金的采访资料时,偌大的网上除了个人简介外,再无其他。如同之前在中科院埋头实验室潜心搞研究的日子,即使创立了自己的民营企业,他也只是踏实做业务,从未做过宣传。

但对待这次采访他却很认真——提前准备了厚厚一沓的资料。

王世金的人生分为两截。前半截是安安稳稳的科研生涯,他把其总结为:一帆风顺、小有成绩。

从小就痴迷于天文的王世金,在上大学的时候毫不犹豫地选择了南京大学天体物理专业,1988年毕业后即进入中科院,从参与星载太阳探测仪器的设计与研制开始,逐渐接触到卫星工程。

进入20世纪90年代,中国航天步入快速发展期,彼时有两个重要的机遇摆在他面前:一是我国航天界意识到空间环境对卫星的影响,准备继续研制发射实践系列卫星;二是载人航天工程开始启动。

与我们的地理环境一样,大气层以外的太空中,也有着自己的空间环境。具体来说,空间环境是指影响天基和地基技术系统安全和稳定运行的,距地面约50km以上直至太阳的广阔空间内的物质环境,包括等离子体、粒子辐射、电磁场、中性粒子等。

这些物质的运行受到太阳活动的影响。其实我们熟悉的太阳并不温柔,时常会爆发耀斑、高能粒子事件、日冕物质抛射等活动,而太阳爆发活动可诱导磁层暴、电离层暴、热层暴等一系列扰动现象,俗称“太阳风暴”。“太阳风暴”爆发直接威胁卫星安全,影响导航精度,甚至对地面电网构成威胁。1990年我国风云一号卫星姿态失控,提前终止寿命就是由强烈的太阳风暴导致的。

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此类问题促使我国认识到太空环境探测的重要性,分别于1994年、1999年发射了实践4号、实践5号科学探测卫星。实践4号时,王世金负责其中两台粒子探测仪器的物理设计,到实践5号,他升任为卫星有效载荷的主任设计师。在1992年启动的载人航天工程中,他也参与或主持了从神舟二号到神舟5号的空间探测工作。1999年,刚刚30出头王世金便被破格提拔为研究员。

进入21世纪,王世金意识到自己肩负的国家责任,“不能只关注自身发展了,必须上升到国家层面。”

2000年开始,王世金全身心投入到我国天基空间环境探测的整体建设中去,从发展探测技术、培养年轻人才,到建立我国天基空间环境监测网,他一手推动了探月工程、导航、遥感、新一代气象等60多颗卫星上270多台探测仪器的设计与研制。

突出的贡献给王世金带来了巨大的荣耀,奖项接踵而来。国家科技进步二等奖、部委级科技进步奖多项、载人航天、探月工程、双星-Cluster突出贡献奖、政府特殊津贴等,他也顺利升任二级研究员。

彼时到了2013年,也是王世金的本命年,在空间探测领域已深耕多年。回顾这四轮年华,王世金突然觉得,自己的人生就像一枚升空的火箭,轨道明确,落点清晰,“没有任何意外,好像被定格了一样,不甘心!”

2013年3月,王世金离开了中科院。

2 天工科仪:期待自己是条放归大海的鱼

接下来,就应该做些“惊险”的事了。什么是“惊险”的事呢?——创业。

“抛开半世荣华,期待自己像条放归大海的鱼,在游历中体验各种经历,感悟与兴奋、失误与惊喜。”

之后,王世金带领团队创立了天工科仪空间技术有限公司。对于这个自己即将倾注后半生的事业,王世金做了详细的规划:三年探索、三年上路、三年加速。

然而在探索期,王世金就体会到了“惊险”:三路出击,皆不顺利。从商用3D打印到地面辐射探测器、再到卫星安全评估,三个方向皆因技术与市场不匹配而不得成型,“我们的技术太超前了,项目周期长,成本高,市场无法接受,这对于初创公司来说不太合适。”

当初并不是开发重点的空间仿真与可视化类软件,却让航天客户们眼睛发亮。在市场需求的引导下,到2016年,太空信息化、智能化、可视化逐渐成为公司的主营业务。

在一般人眼中,航天是高新技术产业,是先进技术的代表,那么它的信息技术也一定很发达,需要信息化吗?

其实不然,由于航天工程的系统复杂性和难以维修性,其对系统的可靠性、安全性要求更高。如果技术的更新迭代速度过快,势必会影响安全。王世金告诉记者,“航天信息化目前的水平相当于诺基亚,现在它亟待向智能机跨越。”

SpaceIS是天工科仪开发的太空信息化基础平台。该平台在大数据、并行计算、虚拟仿真等技术的支持下,建立起一套太空环境的仿真模型,将太空中不可见的物质数字化,最后通过可视化的窗口表达出来。目前,天工科仪已经完成了空间环境及其效应的物理仿真和数据集成开发,包括空间粒子辐射及其对卫星影响的模型开发、电离层及其对通信影响的模型开发等,部分产品也已在我国北斗导航卫星的运控管理中得到应用。

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SpaceIS航天器运控可视化演示系统

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SpaceIS地球辐射带可视化演示,颜色代表粒子辐射强度,红色最强,蓝色最弱

天地信息一体化也是SpaceIS肩负的重任。要完成遥感、预警等卫星任务,除卫星及相机等载荷外,还需要地面测控、地面应用系统的支撑。然而长期以来由于我国航天体制的分割性及保密性,航天领域信息孤岛现象较为严重,卫星效能无法得到充分发挥。而SpaceIS具备卫星轨道姿态、载荷对地覆盖、雷达跟踪定轨、卫星测控、时空坐标转换等天地一体化的物理仿真算法和基础信息数据。从仿真推演开始,通过与航天部门、研究所以及航天高校合作,SpaceIS能够把离散的各系统整合起来,再通过可视化的智能交互接口表达出来,最终实现大系统级的“天地”智能互联,实现航天系统由“诺基亚”到“智能机”的信息化升级。

“前半生我全身心投入到我国的天基空间环境探测中去,后半生也要倾注全力到太空信息化、智能化的建设中去。”

03 数字太空:从“鱼翔浅底”到“鹰击太空”

如果离开中科院是想做一条自由遨游的鱼,那么经过在天工科仪几年的历练之后,王世金觉得,大海已不再适合自己,因为“鱼”现在更想做一只“鹰”,直击太空。

与在中科院从个人发展到奉献国家一样,现在,天工科仪也正试图基于SpaceIS,延伸“数字地球”,与我国航天科学家、工程师一道构建“数字太空。”

“数字地球”是以地理信息系统GIS、遥感系统RS和导航系统GNSS等多种技术为基础,以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,并利用它作为工具来支持和改善人类生活。

支撑“数字地球”的关键在于航天大数据“北斗”等导航卫星数据为其建立了多维度的时空基准,“高分”等遥感卫星数据为其构建起多分辨率、多尺度的遥感信息。航天大数据正通过导航通信、地图影像等方式走进各行各业,服务千家万户。在2017年8月8日的九寨沟地震中,高分二号就在第二天过境及时成像,并组织提供震区历史数据,为防震减灾提供了信息支持。

几十年来我国在丰富的航天实践中积累了海量的数据,与其他数据相比,航天大数据更具复杂性与保密性,也因此未得到充分的挖掘与应用。“航天大数据可以有三个应用方向,”王世金告诉记者:“除了地面应用,航天系统、太空环境也是其应用的主要方向。但这两方面的数据应用相对落后,海量数据处于沉睡状态。”

不过这些沉睡的数据也到了苏醒的时候,近年来以美国SpaceX为代表的商业航天正在蓬勃发展,中国也快速跟进。SpaceX公司准备从2019年开始分阶段地发射4425颗卫星以组成覆盖全球的天基宽带互联网,而我国也启动了由300颗卫星组成的“鸿雁星座通信系统”,以及由156颗小卫星组成的“虹云天基互联网工程”。

商业航天欲将人类赖以生活的、铺设在地球表面的信息与通信系统搬移到太空中,未来人类将进入一个以通信、导航、遥感数据为基础的万物互联的“数字太空”时代。基于这一时代趋势,中科院空间物理学家魏奉思院士于2016年提出了“数字空间”发展战略。“数字空间”是以天基、地基观测数据为驱动,以大数据、云计算、空间通信网络等现代信息技术为手段,将航天系统和太空环境数字化的空间信息大数据库。

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数字空间

如此庞大的空间数据库需要三个层面的架构,其中最基层的是长期稳定的探测数据源,但这却是“最难啃的骨头”,王世金告诉记者,“空间大数据分散在卫星用户、卫星运控、各研究院所等单位,缺乏统一的规范标准和互联互通的机制。”

第二个层面是物理和经验模型的建立。与地面商业不同,仅靠大数据不足以支撑数字空间的构建,还需物理和经验模型。在环境方面,需要构建以数据为驱动的太空天气因果链预报模型,重点构建地球辐射带、电离层同化模型;在航天方面,需要构建以轨道动力学、工程物理为基础的数字卫星系统,包括地面测控站网和时空基准系统。

最后一个层面是典型技术系统效应评估与应对,评估航天、航空、导航通信、电网管路等技术系统风险,提供预报预警和应对措施,解决痛点,展现效益。

 “数字空间”看似遥远,其实它对现在正处于起步阶段的物联网、无人驾驶、高速通信、智慧城市、智能制造等新经济领域有着极为重要的影响。“电离层暴、电离层骚扰、电离层闪烁直接影响导航定位的精度和完好性,试想如果导航和通信卫星不能稳定运行,无人驾驶如何保证安全?”“数字空间”切合了新经济所要求的信息化、智能化、精细化等特点,其产业化前景将日益显现。

天工科仪充分认识到“数字空间”的重要战略地位,也积极参与其中,负责牵头“数字空间”子课题应用服务平台的论证。目前,已经完成了“太阳风暴与航天器安全”、“电离层与导航通信影响”、“卫星遥感与运控规划”等多个系统的应用验证。

航天大数据是能量巨大的新石油,无论是逐渐成熟的“数字地球”,还是正在破冰的“数字太空”,其一旦架构完善,对人类生活的改变将是颠覆性的。


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