來(lái)源：數(shù)據(jù)猿 記者：小北

在軌飛行六年六個(gè)月零四天后，天宮一號(hào)終于完成了自己的使命，于2018年4月2日再入大氣燒蝕銷(xiāo)毀。看到這則消息的王世金感到無(wú)比欣慰，因?yàn)檫@意味著，他曾主導(dǎo)設(shè)計(jì)的、安裝在天宮一號(hào)艙外的三臺(tái)空間環(huán)境探測(cè)儀也順利完成任務(wù)，隨天宮一號(hào)榮歸地球。

王世金：1965年生于遼寧，南京大學(xué)天體物理專(zhuān)業(yè)畢業(yè)。二級(jí)研究員，博士生導(dǎo)師，新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選，現(xiàn)任北京天工科儀空間技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)。曾在中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心工作25年，從事星載空間環(huán)境及其效應(yīng)的探測(cè)與研究工作。曾主持過(guò)載人航天、探月、北斗、氣象、實(shí)踐等20多項(xiàng)航天工程的空間環(huán)境探測(cè)任務(wù)，歷任航天型號(hào)主管設(shè)計(jì)師、主任設(shè)計(jì)師、副總師等職。獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、部委級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)多項(xiàng)、趙九章優(yōu)秀中青年科技工作者獎(jiǎng)、載人航天、探月工程、雙星-Cluster等突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。擁有發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)。

01 中科院25年：人生就像一枚升空的火箭，軌道明確，落點(diǎn)清晰

在數(shù)據(jù)猿搜集關(guān)于天工科儀董事長(zhǎng)王世金的采訪(fǎng)資料時(shí)，偌大的網(wǎng)上除了個(gè)人簡(jiǎn)介外，再無(wú)其他。如同之前在中科院埋頭實(shí)驗(yàn)室潛心搞研究的日子，即使創(chuàng)立了自己的民營(yíng)企業(yè)，他也只是踏實(shí)做業(yè)務(wù)，從未做過(guò)宣傳。

但對(duì)待這次采訪(fǎng)他卻很認(rèn)真——提前準(zhǔn)備了厚厚一沓的資料。

王世金的人生分為兩截。前半截是安安穩(wěn)穩(wěn)的科研生涯，他把其總結(jié)為：一帆風(fēng)順、小有成績(jī)。

從小就癡迷于天文的王世金，在上大學(xué)的時(shí)候毫不猶豫地選擇了南京大學(xué)天體物理專(zhuān)業(yè)，1988年畢業(yè)后即進(jìn)入中科院，從參與星載太陽(yáng)探測(cè)儀器的設(shè)計(jì)與研制開(kāi)始，逐漸接觸到衛(wèi)星工程。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，中國(guó)航天步入快速發(fā)展期，彼時(shí)有兩個(gè)重要的機(jī)遇擺在他面前：一是我國(guó)航天界意識(shí)到空間環(huán)境對(duì)衛(wèi)星的影響，準(zhǔn)備繼續(xù)研制發(fā)射實(shí)踐系列衛(wèi)星；二是載人航天工程開(kāi)始啟動(dòng)。

與我們的地理環(huán)境一樣，大氣層以外的太空中，也有著自己的空間環(huán)境。具體來(lái)說(shuō)，空間環(huán)境是指影響天基和地基技術(shù)系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的，距地面約50km以上直至太陽(yáng)的廣闊空間內(nèi)的物質(zhì)環(huán)境，包括等離子體、粒子輻射、電磁場(chǎng)、中性粒子等。

這些物質(zhì)的運(yùn)行受到太陽(yáng)活動(dòng)的影響。其實(shí)我們熟悉的太陽(yáng)并不溫柔，時(shí)常會(huì)爆發(fā)耀斑、高能粒子事件、日冕物質(zhì)拋射等活動(dòng)，而太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)可誘導(dǎo)磁層暴、電離層暴、熱層暴等一系列擾動(dòng)現(xiàn)象，俗稱(chēng)“太陽(yáng)風(fēng)暴”。“太陽(yáng)風(fēng)暴”爆發(fā)直接威脅衛(wèi)星安全，影響導(dǎo)航精度，甚至對(duì)地面電網(wǎng)構(gòu)成威脅。1990年我國(guó)風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星姿態(tài)失控，提前終止壽命就是由強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致的。

此類(lèi)問(wèn)題促使我國(guó)認(rèn)識(shí)到太空環(huán)境探測(cè)的重要性，分別于1994年、1999年發(fā)射了實(shí)踐4號(hào)、實(shí)踐5號(hào)科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星。實(shí)踐4號(hào)時(shí)，王世金負(fù)責(zé)其中兩臺(tái)粒子探測(cè)儀器的物理設(shè)計(jì)，到實(shí)踐5號(hào)，他升任為衛(wèi)星有效載荷的主任設(shè)計(jì)師。在1992年啟動(dòng)的載人航天工程中，他也參與或主持了從神舟二號(hào)到神舟5號(hào)的空間探測(cè)工作。1999年，剛剛30出頭王世金便被破格提拔為研究員。

進(jìn)入21世紀(jì)，王世金意識(shí)到自己肩負(fù)的國(guó)家責(zé)任，“不能只關(guān)注自身發(fā)展了，必須上升到國(guó)家層面。”

2000年開(kāi)始，王世金全身心投入到我國(guó)天基空間環(huán)境探測(cè)的整體建設(shè)中去，從發(fā)展探測(cè)技術(shù)、培養(yǎng)年輕人才，到建立我國(guó)天基空間環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，他一手推動(dòng)了探月工程、導(dǎo)航、遙感、新一代氣象等60多顆衛(wèi)星上270多臺(tái)探測(cè)儀器的設(shè)計(jì)與研制。

突出的貢獻(xiàn)給王世金帶來(lái)了巨大的榮耀，獎(jiǎng)項(xiàng)接踵而來(lái)。國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、部委級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)多項(xiàng)、載人航天、探月工程、雙星-Cluster突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、政府特殊津貼等，他也順利升任二級(jí)研究員。

彼時(shí)到了2013年，也是王世金的本命年，在空間探測(cè)領(lǐng)域已深耕多年。回顧這四輪年華，王世金突然覺(jué)得，自己的人生就像一枚升空的火箭，軌道明確，落點(diǎn)清晰，“沒(méi)有任何意外，好像被定格了一樣，不甘心！”

2013年3月，王世金離開(kāi)了中科院。

2 天工科儀：期待自己是條放歸大海的魚(yú)

接下來(lái)，就應(yīng)該做些“驚險(xiǎn)”的事了。什么是“驚險(xiǎn)”的事呢？——創(chuàng)業(yè)。

“拋開(kāi)半世榮華，期待自己像條放歸大海的魚(yú)，在游歷中體驗(yàn)各種經(jīng)歷，感悟與興奮、失誤與驚喜。”

之后，王世金帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了天工科儀空間技術(shù)有限公司。對(duì)于這個(gè)自己即將傾注后半生的事業(yè)，王世金做了詳細(xì)的規(guī)劃：三年探索、三年上路、三年加速。

然而在探索期，王世金就體會(huì)到了“驚險(xiǎn)”：三路出擊，皆不順利。從商用3D打印到地面輻射探測(cè)器、再到衛(wèi)星安全評(píng)估，三個(gè)方向皆因技術(shù)與市場(chǎng)不匹配而不得成型，“我們的技術(shù)太超前了，項(xiàng)目周期長(zhǎng)，成本高，市場(chǎng)無(wú)法接受，這對(duì)于初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)不太合適。”

而當(dāng)初并不是開(kāi)發(fā)重點(diǎn)的空間仿真與可視化類(lèi)軟件，卻讓航天客戶(hù)們眼睛發(fā)亮。在市場(chǎng)需求的引導(dǎo)下，到2016年，太空信息化、智能化、可視化逐漸成為公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)。

在一般人眼中，航天是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是先進(jìn)技術(shù)的代表，那么它的信息技術(shù)也一定很發(fā)達(dá)，需要信息化嗎？

其實(shí)不然，由于航天工程的系統(tǒng)復(fù)雜性和難以維修性，其對(duì)系統(tǒng)的可靠性、安全性要求更高。如果技術(shù)的更新迭代速度過(guò)快，勢(shì)必會(huì)影響安全。王世金告訴記者，“航天信息化目前的水平相當(dāng)于諾基亞，現(xiàn)在它亟待向智能機(jī)跨越。”

SpaceIS是天工科儀開(kāi)發(fā)的太空信息化基礎(chǔ)平臺(tái)。該平臺(tái)在大數(shù)據(jù)、并行計(jì)算、虛擬仿真等技術(shù)的支持下，建立起一套太空環(huán)境的仿真模型，將太空中不可見(jiàn)的物質(zhì)數(shù)字化，最后通過(guò)可視化的窗口表達(dá)出來(lái)。目前，天工科儀已經(jīng)完成了空間環(huán)境及其效應(yīng)的物理仿真和數(shù)據(jù)集成開(kāi)發(fā)，包括空間粒子輻射及其對(duì)衛(wèi)星影響的模型開(kāi)發(fā)、電離層及其對(duì)通信影響的模型開(kāi)發(fā)等，部分產(chǎn)品也已在我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的運(yùn)控管理中得到應(yīng)用。

SpaceIS航天器運(yùn)控可視化演示系統(tǒng)

SpaceIS地球輻射帶可視化演示，顏色代表粒子輻射強(qiáng)度，紅色最強(qiáng)，藍(lán)色最弱

天地信息一體化也是SpaceIS肩負(fù)的重任。要完成遙感、預(yù)警等衛(wèi)星任務(wù)，除衛(wèi)星及相機(jī)等載荷外，還需要地面測(cè)控、地面應(yīng)用系統(tǒng)的支撐。然而長(zhǎng)期以來(lái)由于我國(guó)航天體制的分割性及保密性，航天領(lǐng)域信息孤島現(xiàn)象較為嚴(yán)重，衛(wèi)星效能無(wú)法得到充分發(fā)揮。而SpaceIS具備衛(wèi)星軌道姿態(tài)、載荷對(duì)地覆蓋、雷達(dá)跟蹤定軌、衛(wèi)星測(cè)控、時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等天地一體化的物理仿真算法和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。從仿真推演開(kāi)始，通過(guò)與航天部門(mén)、研究所以及航天高校合作，SpaceIS能夠把離散的各系統(tǒng)整合起來(lái)，再通過(guò)可視化的智能交互接口表達(dá)出來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)級(jí)的“天地”智能互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)航天系統(tǒng)由“諾基亞”到“智能機(jī)”的信息化升級(jí)。

“前半生我全身心投入到我國(guó)的天基空間環(huán)境探測(cè)中去，后半生也要傾注全力到太空信息化、智能化的建設(shè)中去。”

03 數(shù)字太空：從“魚(yú)翔淺底”到“鷹擊太空”

如果離開(kāi)中科院是想做一條自由遨游的魚(yú)，那么經(jīng)過(guò)在天工科儀幾年的歷練之后，王世金覺(jué)得，大海已不再適合自己，因?yàn)?ldquo;魚(yú)”現(xiàn)在更想做一只“鷹”，直擊太空。

與在中科院從個(gè)人發(fā)展到奉獻(xiàn)國(guó)家一樣，現(xiàn)在，天工科儀也正試圖基于SpaceIS,延伸“數(shù)字地球”，與我國(guó)航天科學(xué)家、工程師一道構(gòu)建“數(shù)字太空。”

“數(shù)字地球”是以地理信息系統(tǒng)GIS、遙感系統(tǒng)RS和導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS等多種技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶運(yùn)用海量地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類(lèi)的三維描述，并利用它作為工具來(lái)支持和改善人類(lèi)生活。

支撐“數(shù)字地球”的關(guān)鍵在于航天大數(shù)據(jù)。“北斗”等導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)據(jù)為其建立了多維度的時(shí)空基準(zhǔn)，“高分”等遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為其構(gòu)建起多分辨率、多尺度的遙感信息。航天大數(shù)據(jù)正通過(guò)導(dǎo)航通信、地圖影像等方式走進(jìn)各行各業(yè)，服務(wù)千家萬(wàn)戶(hù)。在2017年8月8日的九寨溝地震中，高分二號(hào)就在第二天過(guò)境及時(shí)成像，并組織提供震區(qū)歷史數(shù)據(jù)，為防震減災(zāi)提供了信息支持。

幾十年來(lái)我國(guó)在豐富的航天實(shí)踐中積累了海量的數(shù)據(jù)，與其他數(shù)據(jù)相比，航天大數(shù)據(jù)更具復(fù)雜性與保密性，也因此未得到充分的挖掘與應(yīng)用。“航天大數(shù)據(jù)可以有三個(gè)應(yīng)用方向，”王世金告訴記者：“除了地面應(yīng)用，航天系統(tǒng)、太空環(huán)境也是其應(yīng)用的主要方向。但這兩方面的數(shù)據(jù)應(yīng)用相對(duì)落后，海量數(shù)據(jù)處于沉睡狀態(tài)。”

不過(guò)這些沉睡的數(shù)據(jù)也到了蘇醒的時(shí)候，近年來(lái)以美國(guó)SpaceX為代表的商業(yè)航天正在蓬勃發(fā)展，中國(guó)也快速跟進(jìn)。SpaceX公司準(zhǔn)備從2019年開(kāi)始分階段地發(fā)射4425顆衛(wèi)星以組成覆蓋全球的天基寬帶互聯(lián)網(wǎng)，而我國(guó)也啟動(dòng)了由300顆衛(wèi)星組成的“鴻雁星座通信系統(tǒng)”，以及由156顆小衛(wèi)星組成的“虹云天基互聯(lián)網(wǎng)工程”。

商業(yè)航天欲將人類(lèi)賴(lài)以生活的、鋪設(shè)在地球表面的信息與通信系統(tǒng)搬移到太空中，未來(lái)人類(lèi)將進(jìn)入一個(gè)以通信、導(dǎo)航、遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的萬(wàn)物互聯(lián)的“數(shù)字太空”時(shí)代。基于這一時(shí)代趨勢(shì)，中科院空間物理學(xué)家魏奉思院士于2016年提出了“數(shù)字空間”發(fā)展戰(zhàn)略。“數(shù)字空間”是以天基、地基觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、空間通信網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)為手段，將航天系統(tǒng)和太空環(huán)境數(shù)字化的空間信息大數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)字空間

如此龐大的空間數(shù)據(jù)庫(kù)需要三個(gè)層面的架構(gòu)，其中最基層的是長(zhǎng)期穩(wěn)定的探測(cè)數(shù)據(jù)源，但這卻是“最難啃的骨頭”，王世金告訴記者，“空間大數(shù)據(jù)分散在衛(wèi)星用戶(hù)、衛(wèi)星運(yùn)控、各研究院所等單位，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)互通的機(jī)制。”

第二個(gè)層面是物理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?。與地面商業(yè)不同，僅靠大數(shù)據(jù)不足以支撐數(shù)字空間的構(gòu)建，還需物理和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在環(huán)境方面，需要構(gòu)建以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的太空天氣因果鏈預(yù)報(bào)模型，重點(diǎn)構(gòu)建地球輻射帶、電離層同化模型；在航天方面，需要構(gòu)建以軌道動(dòng)力學(xué)、工程物理為基礎(chǔ)的數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)，包括地面測(cè)控站網(wǎng)和時(shí)空基準(zhǔn)系統(tǒng)。

最后一個(gè)層面是典型技術(shù)系統(tǒng)效應(yīng)評(píng)估與應(yīng)對(duì)，評(píng)估航天、航空、導(dǎo)航通信、電網(wǎng)管路等技術(shù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提供預(yù)報(bào)預(yù)警和應(yīng)對(duì)措施，解決痛點(diǎn)，展現(xiàn)效益。

 “數(shù)字空間”看似遙遠(yuǎn)，其實(shí)它對(duì)現(xiàn)在正處于起步階段的物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、高速通信、智慧城市、智能制造等新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著極為重要的影響。“電離層暴、電離層騷擾、電離層閃爍直接影響導(dǎo)航定位的精度和完好性，試想如果導(dǎo)航和通信衛(wèi)星不能穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)人駕駛?cè)绾伪ＷC安全？”“數(shù)字空間”切合了新經(jīng)濟(jì)所要求的信息化、智能化、精細(xì)化等特點(diǎn)，其產(chǎn)業(yè)化前景將日益顯現(xiàn)。

天工科儀充分認(rèn)識(shí)到“數(shù)字空間”的重要戰(zhàn)略地位，也積極參與其中，負(fù)責(zé)牽頭“數(shù)字空間”子課題應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的論證。目前，已經(jīng)完成了“太陽(yáng)風(fēng)暴與航天器安全”、“電離層與導(dǎo)航通信影響”、“衛(wèi)星遙感與運(yùn)控規(guī)劃”等多個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用驗(yàn)證。

航天大數(shù)據(jù)是能量巨大的新石油，無(wú)論是逐漸成熟的“數(shù)字地球”，還是正在破冰的“數(shù)字太空”，其一旦架構(gòu)完善，對(duì)人類(lèi)生活的改變將是顛覆性的。（文/小北）

來(lái)源：數(shù)據(jù)猿