华高莱斯：航天科技民用化——接地气的航天科技（上篇）
在很多人的认知中，航天科技高端、神秘，是距离我们很遥远的一种科技。一提到航天科技，也许你第一时间会想到我国的长征系列运载火箭、神舟号载人航天飞船、天宫一号空间站、嫦娥三号月球探测以及北斗导航卫星等一系列中国航天取得的举世瞩目的成就。
图片来源：全景网
如今，随着科技的发展和市场化的加速，航天科技已经越来越接地气了，它正在从不同的方面来改善、提升我们的生活。不信？我们来看几个例子。
一、航天技术与农牧业
随着我国经济的不断发展，大力推进农牧业现代化发展，推进农牧业供给侧结构性改革，已成为农牧业发展的重中之重。农牧业也在不断向着更精细化生产的方向前进。在此进程中，航天技术扮演了重要角色，为农牧业生产数据化、管理精细化、生产智能化提供了大量的技术支持。
1）“数字牧场”：北斗卫星助力建设“数字牧场”
拥有定位及导航功能的北斗卫星系统被用来实时照看牲畜
对于牧民来说，若是能够减少长时间室外放牧的辛苦，一定能够极大地提升幸福感。如今，“卫星放羊”已经让这个梦想成为现实。2014年，内蒙古西部的杭锦旗就率先应用了北斗技术，建设了基于北斗系统的“数字牧场”。
杭锦旗面积1.89万平方公里，牲畜有200多万头，“北斗数字牧场”的应用，使当地牧民不仅可以随时随地通过终端看到放牧的牛羊，而且还能实时了解牧群放养情况，提高了畜牧业养殖效率，减轻了牧民劳动强度。
与杭锦旗政府合作的是中国航天科技集团公司九院772所和上海盈方微电子股份有限公司。该项目由杭锦旗政府提供场地，中国航天科技集团公司九院772所以及上海盈方微电子股份有限公司提供人才和技术支撑，利用772所的北斗应用技术，在杭锦旗建设基于北斗系统的“数字牧场”信息化系统，由点到面，逐步覆盖杭锦旗全部草牧场和牲畜。将“数字牧场”系统和杭锦旗的政务信息化系统对接，实现对杭锦旗范围内的珍稀野生动物、植物和自然环境的保护功。
“北斗数字牧场”是中国航天科技集团公司九院772所自主研发的北斗应用系统，由定位项圈、无人机及飞控系统、终端机、数据库软件、APP查询软件、运维服务平台IT系统及牧场、牲畜等要素组成。
装有北斗系统的牛羊定位项圈，图片来源：中国北斗卫星导航系统（beidou.gov.cn）
772所研发的“北斗定位项圈”，曾被用来研究藏羚羊的迁徙。2007年，中国在对藏羚羊科考的过程中使用过外国的卫星导航系统，但是提供的数据不够充分，无法满足科研需求。2013年，基于北斗芯片的北斗定位项圈被应用于藏羚羊研究，信息传输实现1天4-10次，迁徙期间每天发回10次信息，非迁徙时每天发回4次信息，信息内容包括藏羚羊所处的时间和地点。动物学家由此得知藏羚羊迁徙的时间起始点、精确路径以及藏羚羊的大体活动范围。国家林业局科研专家指出，北斗定位项圈可以帮助他们获取更多、更精确的数据，有助于准确地掌握藏羚羊迁徙路线。
“北斗定位项圈”的芯片和软件，都是“中国制造”。在杭锦旗，它被用来照看牲畜，利用“北斗”系统能传短信的优势，牲畜项圈可以实时发来报告，即使在没有通讯系统的无人区，项圈也可以照样工作。牧场管理者可以随时随地通过智能手机掌握畜群位置，并可通过无人机航拍监控畜群动态。它正是利用了北斗位置服务、北斗数据传输、无人机、物域传感网等信息技术手段，解决了无人区畜群监管问题。同时，除了对无人区自然生态环境、珍稀野生动植物进行适时监控外，甚至还可以拓展应用到草原防火、防凌防汛等领域，推进生态可持续健康发展。
2）精准农业：遥感影像助力精准农业发展
拥有监测功能的遥感卫星，被用来实时监测农田并提供相关信息。
除了用北斗卫星放羊，航天科技还可以对农业领域产生极大的影响。精准农业是未来农业的发展方向，利用农业遥感卫星及农业遥感监测技术，可以为精准农业提供客观、可靠的农情信息，使发展精准农业成为可能。
农作物遥感基本原理：遥感影像的红波段和近红外波段的反射率及其组合与作物的叶面积指数、太阳光合有效辐射、生物量具有较好的相关性。通过卫星传感器记录的地球表面信息，辨别作物类型，建立不同条件下的产量预报模型，集成农学知识和遥感观测数据，实现作物产量的遥感监测预报。同时，又避免手工方法收集数据费时费力，且具有某种破坏性的缺点。
农业遥感监测利用遥感卫星监测农作物种植面积、农作物长势信息，快速监测和评估农业干旱和病虫害等灾害信息，估算全球范围、全国和区域范围的农作物产量，为粮食供应数量分析与预测预警提供信息。遥感卫星能够快速准确地获取地面信息，结合地理信息系统(GIS）和全球定位系统（GPS）等其他现代高新技术，可以实现农情信息收集和分析的定时、定量、定位，客观性强，不受人为干扰，方便农事决策，使发展精准农业成为可能。
中国已发展多个系列遥感卫星，但还没有真正意义上的农业专用遥感卫星。在有效载荷以及高品质卫星平台研制等方面，中国在“十二五”期间开展了大量的技术攻关，已经具备较强的研制基础。这些前期的技术攻关和积累为中国未来农业遥感卫星的研制打下了良好的基础。
目前，中国的陆地资源卫星系列、高分卫星系列以及环境监测减灾小卫星“星座”的观测能力，部分兼顾了农业遥感观测业务，能够初步满足农情监测、农作物分类估产以及农业灾害预警等方面的应用需求。
由于农作物生长变化较快，农业遥感观测参数繁多、复杂性高，因此对遥感卫星观测的时效性、多载荷数据融合以及联合反演提出了较高的要求。目前，美国、欧洲和日本等国家和地区，已有多颗应用于农业领域的遥感卫星和星座相继发射与在轨组网应用。欧美等国多采用搭载不同载荷的多星组网方式，满足农业对于时间、空间和精度的高要求。
以美国为例，美国一家农业软件公司Granular的产品参与管理了美国36个州和加拿大四个省共计200万英亩的农田。Granular公司与拥有约200颗人造地球卫星的卫星图像公司Planet签订了一份为期3年，价值数百万美元的协议。Granular公司将有权访问每日更新的全球图像，以及Planet公司在六年间拍摄的地球图片资料库。因此，Granular公司可以将图片输入自己的农业数据分析工具，进而将有用的发现传递给农场主。
Granular公司可以从农业遥感图像中，识别出大范围的规律性模式。其员工曾用喷气发动机吹玉米地，以弄清玉米地倒伏所呈现的样貌。他们知道当灌溉头发生堵塞时，农田会是什么样子。他们还研究受到病虫害侵袭的农田是何种样貌。另外，农场主也可以提供信息，比如“45号田没有问题，你的软件错了。”这类反馈也会使软件更加智能。
事实上，对于将新数据运用到耕作中，农场主们一直颇感兴趣。根据接收到的遥感图像和数据，农场主可以制定农作物与农田规划、分配耕作任务、跟踪库存、以及预测收入和产量等。农业遥感技术让农场主足不出户就能了解自家农田的变化，节省了大量实地查看的时间与精力，为农场主的决策提供有力的支持，让农业精细化成为可能。
二、航天技术在公共安全领域的转化与应用
公共安全是老百姓十分关心的问题。公共安全无小事，任何公共安全领域中的技术性突破都是巨大的进步。不论是气象预警，还是消防安全，航天科技的加入都能对这个领域进行提升，让人和城市都变得更加安全。
1）气象预报：航天技术让小范围气象预警成为可能
航天技术中的各种雷达技术，包括：低空连续波测风雷达、激光测风雷达，发展组网探测与多元设备数据融合等技术，如今被用来监测小范围的气象变化。
一说到航天技术在气象领域的应用，首先想到的是天气预报。没错，航天领域的气象卫星正是天气预报重要的数据来源，而天气预报已经成为了我们日常生活中必不可缺又习以为常的一项服务。
但事实上，天气预报并不能精准地预测到非常小范围区域的天气，比如飞机场。然而，另一项源于航天技术的预警系统却可以做到，它就是“气象特警”——民航风切变预警系统。
低空风切变对飞机威胁巨大，图片来源：51miz.com
低空风切变是国际航空和气象界公认的飞机起飞和着陆阶段的“无形杀手”，具有生命周期短、尺度小、破坏性强等特点，是威胁航空安全的灾害性天气因素。风切变是指在近地面层附近的每一高度上或不同高度上，很短距离内，风向风速发生突然变化的现象。低空风切变是指在600米高度以下的风切变。
风切变原理及影响示意图，图片来源：华高莱斯根据公开资料自制
我国大陆地区的风切变预警预报主要依靠传统人工预警预报的工作方式，缺乏用直接探测设备进行预警预报的手段。航天科工二院23所基于航天传统的各种雷达技术，研制出“气象特警”——民航风切变预警系统。23所设计系统采用组网探测，开创新的应用技术，创新性地应用低空连续波测风雷达、激光测风雷达，发展组网探测与多元设备数据融合技术，开创了我国机场风切变和尾涡的探测预警技术的新的应用。
民航风切变预警系统的出现，克服了探测手段匮乏、预警难度大、精度低等现实问题，不仅可以为飞机的起飞降落提供实时的风切变预警信息，还能够为机场气象台预报员提供机场未来48小时的天气预报，对民航安全保障能力的提升具有重大意义。
2） 消防装备：航天技术助力消防更安全
从“神舟一号到神舟十一号”，我国的航空航天技术突飞猛进，不仅致力于探索宇宙的未知，而且已经广泛应用于各个领域。航天器越飞越远，航天技术与生活也渐行渐近。当航天技术遇到消防，又会碰撞出什么火花呢？
如今，世界各国航天领域的科技人员大胆创新，用自己的智慧和技术打破了传统用水灭火的定律，开辟了消防新思路和新技术。事实证明，航天技术不仅能探索太空，也能解决地球上人类一时无法解决的许多大难题。这种以研究太空的视角和理念来解决地球上的问题，常常有意想不到的收获。
反过来，这些新的收获又能帮助航天科技工作者们，进一步深刻认识航天技术的重要性，大力推动航天技术的民用化和产业化。在消防领域，也不乏与航天技术相结合的消防“神器”。
● 火灾安全逃生装备——应急逃生面罩
原先被用来为太空舱内提供新鲜空气的技术现在被用来制作应急逃生面罩
众所周知，在火灾现场，防火、灭火装备至关重要。除了使用湿毛巾捂住口鼻迅速撤离外，防毒面具也是一个不错的选择。但普通的防毒面具一般采用多级过滤法，将外部空气层层过滤再提供给人，不是很安全，只能在事故较轻时使用。那么有什么解决办法呢？一款利用载人航天中为航天员太空舱内提供新鲜空气技术的防毒面具，成为了一个很好的解决方案，它就是中国航天科工二院206所精心打造的便携式无源增氧呼吸装置——“生命卫士”应急逃生面罩。
“生命卫士”应急逃生面罩，图片来源：中国航天科工二院
“生命卫士”应急逃生面罩是面向大众市场的个人应急救援产品，针对火灾、爆炸、化学品溢出等灾害现场人员安全保障的新型装备，实现了小型化、便携式、内循环空气再生。可长时间提供安全可靠的呼吸防护，有效解决了过滤式逃生面罩“安全性能极差”，消防呼吸器“重量大、使用复杂、效费比低”等痛点问题，具备消防战士火场救援、公众佩戴逃生自救等多重应急救援功效。而且，该面罩可以将使用者呼出的水蒸气及二氧化碳，通过与内置的化学物质进行化学反应，转换成等体积的氧气，整个循环不与外界进行气体交换，避免在火场吸入有毒有害气体而带来的伤亡，可以为使用者提供安全稳定的氧气支持。
面罩重量约为1.45千克，使用时间可分为15分钟、30分钟、45分钟三种，最长使用时间比传统的6.8升金属氧气罐多一倍。面罩密封效果极佳，采用耐高温阻燃材料制作而成，具有较强的环境适应性。
同时，为加速“双创”成果产业化落地，206所牵头开展市场化运作，与国内行业优势企业签订战略合作协议，打造了以“技术授权、开放共享、合作共赢”为基础的全新商业模式。而且，已与河北省等地优势企业签订技术授权框架协议，有力助推科技成果产业化落地，快速形成批量生产能力和市场预售订单，为军民融合产业深入推进注入新活力、新动力。
2) 特种消防装备——“导弹灭火”投弹式高层建筑干粉消防车
航天发射技术、控制技术和信息处理技术被用来制作特种消防装备
高层建筑火灾，一直是消防界的“老大难”。不仅一般消防车“够不着”，还存在车和人“进不去”，救援工作“展不开”等问题。尤其是在繁华的商业街和小区，这一问题更加突出。由中国航天科工二院206所开发，利用航天技术演化而来的投弹式高层建筑干粉消防车，到达火灾现场后，展开到发射灭火弹只需要3分钟的时间，极大地解决了城市高层火灾面临的问题。
投弹式高层建筑干粉消防车，图片来源：中国航天科工二院
该系统是一种利用航天发射技术、控制技术和信息处理技术研制的特种消防装备，可以实现远距离超高楼层精确灭火。该系统具备三大优势：
准：可在几百米外命中高楼窗户，操作人员还可以根据现场情况确定是否还需要继续发射灭火弹。 快：展开速度快，灭火弹可瞬间到达着火点。 安全：它采用的是喷射灭火药剂的方法实施灭火，无冲击波，可保证人员和设备安全气象预警和消防设备都是人们生命财产安全的重要保障之一，将航天科技转化并应用在关乎民生的气象和消防领域，可以大大增强保护人民生命及财产安全的能力，是提升人民生活安全感的极佳手段，也应是航天技术转化的一个重要方向。
未完待续，敬请期待
参考文献
[1]引领生活的旗帜——航天科技 http://www.xinhuanet.com/science/2015-12/14/c_134913683.htm [2]“北斗”技术助中国西部草原实现“数字牧场” http://m.sohu.com/n/405210654/ [3]中国遥感卫星在农业领域的应用现状与未来发展 http://www.taikongmedia.com/Item/Show.asp?m=1&d=25410 [4]200颗卫星24小时监控，遥感+AI正成为美国农民种地的标配 http://wemedia.ifeng.com/56015659/wemedia.shtml [5]从“气象特警”到“随身空调” 航天技术来到你身边 http://scitech.people.com.cn/n1/2017/0524/c1007-29296759.html [6]导弹消防车、再生呼吸器……这里好多“黑科技”！ http://news.sina.com.cn/c/2017-05-24/doc-ifyfqvmh8752687.shtml [7]火灾来了？别怕！这款航天神器助你逃出火场 http://wemedia.ifeng.com/66994960/wemedia.shtml [8]科比姚明们都用它——Alter-G反重力跑步机 http://iranshao.com/articles/1481-alter_g [9]无人车涉及的核心技术浅谈_“智能无人驾驶技术”现在发展到什么阶段了？ http://www.elecfans.com/d/670604.html [10]个性化“人造流星雨”了解一下？请先准备好钱 http://tech.sina.com.cn/d/s/2018-03-29/doc-ifysqfni2136330.shtml [11]日本计划2019年发布全球第一场人造流星雨 每颗卖6万元 https://t.qianzhan.com/caijing/detail/171123-2dc01a01.html华高莱斯版权所有，转载请注明出处及作者姓名和作品名称。不得擅自修改、歪曲或篡改，侵权必究。我们尊重原创，也注重分享。部分图片来源于网络，图片影像版权归原作者所有，如有侵权请及时联系，我们将第一时间删除。
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