□ 祝傳海

2013年在ESA的衛(wèi)星聯(lián)合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室

專家簡(jiǎn)介：

吳樹(shù)范，國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家、上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院講席教授，常務(wù)副院長(zhǎng)。曾任上海微小衛(wèi)星工程中心/中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院總工程師、研究員、新技術(shù)室主任，上?？萍即髮W(xué)特聘教授。1964年出生于山東冠縣。1980年—1990年于南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，后留校任教；1993年破格晉升副教授；1995年赴德國(guó)布倫瑞克技術(shù)大學(xué)做洪堡學(xué)者，期間赴英國(guó)做訪問(wèn)學(xué)者；1997年回國(guó)，任南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)控制系主任；1998年4月晉升正教授，12月赴荷蘭任德?tīng)柛Ｌ丶夹g(shù)大學(xué)宇航學(xué)院研究員；2000年赴英國(guó)薩瑞大學(xué)薩瑞航天中心（薩瑞小衛(wèi)星技術(shù)有限公司）任研究員；2002年起就職于歐洲航天局航天技術(shù)研究中心，先后任航天控制系統(tǒng)高級(jí)工程師、資深工程師；曾入選首屆歐洲十大華人科技領(lǐng)軍人才；2012年入選第二批上海市“千人計(jì)劃”；2013年入選第九批國(guó)家“千人計(jì)劃”（創(chuàng)新類）特聘專家；入選科學(xué)中國(guó)人（2016）年度人物。截至2016年年底，共發(fā)表各類學(xué)術(shù)論文117篇，出版學(xué)術(shù)專著譯著1部，獲國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)。

2015年9月26日，我國(guó)首批立方體納衛(wèi)星——“上科大二號(hào)”立方體試驗(yàn)衛(wèi)星（STU-2）搭載“長(zhǎng)征十一號(hào)”火箭發(fā)射入軌。STU-2包含3顆立方星，分別重2.9千克、2.2千克、1.7千克。

這是我國(guó)首批按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制并發(fā)射入軌的立方體試驗(yàn)衛(wèi)星，其總設(shè)計(jì)師是時(shí)任上海微小衛(wèi)星工程中心副總工程師的吳樹(shù)范研究員。這3顆立方星，從提出概念到發(fā)射成功，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)忙了1年。

對(duì)于習(xí)慣了大衛(wèi)星動(dòng)輒十?dāng)?shù)年周期的國(guó)人來(lái)說(shuō)，一年三星，堪稱奇跡。但這正是微納衛(wèi)星的顯著特點(diǎn)：質(zhì)量輕、體積小、性能高、成本低、機(jī)動(dòng)性好、研制周期短等。這樣的微納衛(wèi)星，正在空間科技與應(yīng)用上引發(fā)一場(chǎng)重大變革。早在歐洲航天局工作時(shí)，吳樹(shù)范就敏銳地意識(shí)到這一點(diǎn)，他認(rèn)為微納衛(wèi)星代表著一個(gè)新的紀(jì)元，由此而生的商業(yè)航天應(yīng)用也是大勢(shì)所趨。他愿意竭盡全力，將這一事業(yè)在中國(guó)發(fā)展成熟。

“有人說(shuō)一個(gè)民族要有一些仰望天空的人，我們的確應(yīng)該以更廣闊的視角去看宇宙，如果能在這個(gè)過(guò)程中有一些發(fā)現(xiàn)，對(duì)人類做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，那將是十分有意義的事?！眳菢?shù)范說(shuō)。

借梯子上山

立方星正在掀起一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命。——吳樹(shù)范

2014年3月7日，北京師范大學(xué)教授程曉到上海微小衛(wèi)星工程中心作了一場(chǎng)關(guān)于極地救援和北極航道的報(bào)告。“如果能夠有一顆專注觀測(cè)浮冰的衛(wèi)星，不僅可以確定南極航道上冰層的薄厚，幫助‘雪龍?zhí)枴樌M(jìn)出南極，還有助于開(kāi)通北極航道，產(chǎn)生重要的商業(yè)意義?！迸c程曉交流之后，吳樹(shù)范確定了他想要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)應(yīng)用方向。

開(kāi)發(fā)“立方星”，吳樹(shù)范的這個(gè)念頭由來(lái)已久。2002年，歐洲航天局在意大利舉辦的航天導(dǎo)航與制導(dǎo)控制年會(huì)上，美國(guó)斯坦福大學(xué)教授Bob Twiggs介紹了立方星的概念及其發(fā)展前景。立方星大約1公斤，是用來(lái)進(jìn)行太空探索或?qū)Φ厍蛴^測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)立方體模塊或其組合體的小衛(wèi)星，外觀看起來(lái)像一只魔方。可麻雀雖小，五臟俱全，立方星中不到10厘米見(jiàn)方的計(jì)算機(jī)主板可以管理衛(wèi)星姿態(tài)、熱控和應(yīng)用載荷等所有星載系統(tǒng)；集成電路只有幾十克重；動(dòng)量輪僅拇指大小；用來(lái)星地間通信的天線只有1元硬幣大；聯(lián)通各設(shè)備的導(dǎo)線不足1毫米粗。重要的是，它可以利用大衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的空隙，搭載在火箭平臺(tái)上，發(fā)射花費(fèi)極小，卻能夠完成很多艱巨的任務(wù)，比如對(duì)海洋、大氣環(huán)境、船舶、航空飛行器等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

聽(tīng)完報(bào)告，吳樹(shù)范心底驀然升起一株火苗——如此一來(lái)，衛(wèi)星應(yīng)用將從高聳、神秘的云端走入凡間，引發(fā)出新一輪民用及商用衛(wèi)星的井噴。時(shí)間印證了他的預(yù)言，隨后的10余年間，微納衛(wèi)星蓬勃發(fā)展，歐洲航天局也逐漸從大衛(wèi)星的優(yōu)越感中清醒，將微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星、立方星等同樣列入未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，吳樹(shù)范參加了這些論證工作。

2011年12月，歐盟啟動(dòng)了QB50工程計(jì)劃。作為歐盟第七框架協(xié)議項(xiàng)目，QB50是一項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，在全球呼吁50所大學(xué)加盟，每個(gè)大學(xué)貢獻(xiàn)一顆立方星平臺(tái)，由歐盟提供載荷。吳樹(shù)范眼前一亮，微小衛(wèi)星在國(guó)際上的發(fā)展時(shí)間還不算長(zhǎng)，他一直希望中國(guó)能夠跟得上前沿。這次機(jī)會(huì)來(lái)了，“我去問(wèn)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的同事，歐盟給的回答是可以?！钡玫皆S可后，他開(kāi)始與浙江大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等一批國(guó)內(nèi)高校聯(lián)絡(luò)，最終10所高校遞交意向函，7所高校通過(guò)審核?！傲⒎叫歉拍罹褪悄菚r(shí)候被引入國(guó)內(nèi)的?！?/p>

有此淵源，吳樹(shù)范在上海微小衛(wèi)星工程中心任職之后，更加不遺余力地推廣立方星應(yīng)用?！耙话銇?lái)說(shuō)，從提出概念、發(fā)射入軌到傳回?cái)?shù)據(jù)，立方星的周期在1年左右，耗資也多在數(shù)百萬(wàn)元人民幣。而且，立方星還與‘羅塞塔’探測(cè)器釋放‘菲萊’登陸彗星表面共同被列入《科學(xué)》雜志評(píng)選的‘2014年全球十大科學(xué)突破’。后者是一項(xiàng)持續(xù)近30年，耗資幾十億歐元，由幾代科學(xué)家智慧創(chuàng)造的奇跡。也就是說(shuō)，過(guò)去正常情況下做一顆衛(wèi)星的成本，可以做100多顆立方星或者微納衛(wèi)星。原來(lái)很多商業(yè)用途不敢用衛(wèi)星做，最大的原因就是成本高，有了立方星，這就不是問(wèn)題了。從某種程度上說(shuō)，立方星已經(jīng)能夠與傳統(tǒng)衛(wèi)星并列存在，并掀起一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命，推動(dòng)了商業(yè)航天時(shí)代的來(lái)臨?！彼f(shuō)。

在他的推動(dòng)下，上海微小衛(wèi)星工程中心決定自籌資金開(kāi)展立方星研究。如何才能盡快與國(guó)際接軌？他選擇了“借梯子上山”，把國(guó)外立方星上的成熟技術(shù)引進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)本土化創(chuàng)新，走到國(guó)際前沿。“我們出發(fā)晚一點(diǎn)，但差距還不是太大，如果一步步開(kāi)山鑿路，別人早不知道爬到哪兒去了。立方星保密沒(méi)那么嚴(yán)格，我們完全可以在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)‘借梯子’上前沿，這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)自身優(yōu)勢(shì)，再自己搭梯子，慢慢的，路就走通了?！?/p>

吳樹(shù)范的“梯子”多借自歐洲。瑞典一家公司早在十幾年前就研究了基于微機(jī)電陀螺的微推技術(shù)，但苦于沒(méi)有發(fā)射機(jī)會(huì)，這項(xiàng)技術(shù)始終得不到驗(yàn)證。這可是立方星“上天”的關(guān)鍵載荷技術(shù)之一。與之情況類似的，還有ADS-B接收機(jī)，可以用在立方星上監(jiān)測(cè)民航機(jī)的飛行信息，并傳回到地面。這樣一來(lái)，那些地面機(jī)載雷達(dá)信號(hào)覆蓋不了的區(qū)域就有了“眼睛”。這些技術(shù)最大的特點(diǎn)就是先進(jìn)、但暫時(shí)無(wú)法應(yīng)用。吳樹(shù)范瞄準(zhǔn)這兩點(diǎn)開(kāi)始與這些技術(shù)所有者談判，向他們采購(gòu)一些單機(jī)，對(duì)于關(guān)鍵前沿技術(shù)則開(kāi)展合作，一方免費(fèi)提供，另一方助其在軌驗(yàn)證，一拍即合。

梯子借好了，吳樹(shù)范開(kāi)始帶著新技術(shù)室的隊(duì)員們“爬山”：消化吃透關(guān)鍵技術(shù)、寫(xiě)軟件、搭架構(gòu)、做驗(yàn)證……林林總總，都在周密地開(kāi)展。從2014年到2015年，這支年輕的工程師團(tuán)隊(duì)集成了當(dāng)前立方星領(lǐng)域的國(guó)際前沿技術(shù)與應(yīng)用載荷，研制發(fā)射了3顆立方體試驗(yàn)衛(wèi)星。其中，A星主要載荷是微小型光學(xué)相機(jī)，可用于觀測(cè)南北極結(jié)冰情況；B星裝有用于船舶信息采集的星載船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）接收機(jī)，可以擴(kuò)展航船的信息監(jiān)測(cè)覆蓋面，并通過(guò)多星座有望實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)；C星安裝了用于民用飛機(jī)信息采集的星載廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）接收機(jī)，監(jiān)測(cè)民航機(jī)的飛行信息。以C星為例，展開(kāi)接受天線后僅繞地球一軌（約94分鐘），就已經(jīng)采集到405架飛機(jī)發(fā)出的5.1萬(wàn)多條播報(bào)信息，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的信息積累，就可以勾勒出民航飛機(jī)的航行動(dòng)態(tài)圖，對(duì)民航管理、航線規(guī)劃、應(yīng)急處置以及流量分析與優(yōu)化等，都有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。有了B星，過(guò)去大洋中的信號(hào)盲區(qū)將“復(fù)明”，船舶不會(huì)輕易失聯(lián)。而A星分辨率可以達(dá)到100米，此前國(guó)外開(kāi)放數(shù)據(jù)的分辨率分別為250米和50米，A星恰好填補(bǔ)了中間層的空缺。同樣A星將有助于開(kāi)通北極航道，商船未來(lái)通過(guò)北極航道去歐洲會(huì)比經(jīng)由馬六甲海峽節(jié)省1/3，甚至一半的航行成本。

顯然，每一顆立方星都有其固定的應(yīng)用領(lǐng)域。吳樹(shù)范最堅(jiān)持的一點(diǎn)就是，立方星本來(lái)就是以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的衛(wèi)星，它無(wú)法替代大衛(wèi)星，但能將單一應(yīng)用做得更精準(zhǔn)、更深入，這才是它作為商業(yè)航天催化劑的宿命。

2015年年底，又到了上海微小衛(wèi)星工程中心做年度總結(jié)的日子。彼時(shí)，中心已經(jīng)掛牌成立12年，發(fā)射了12顆小衛(wèi)星，吳樹(shù)范帶領(lǐng)的新技術(shù)室占了1/4。吳樹(shù)范很為之驕傲，作為一個(gè)新成立不久的團(tuán)隊(duì)，他也的確值得驕傲。

3年多過(guò)去了，這3顆星的在軌表現(xiàn)依然出色。尤其在民航機(jī)監(jiān)測(cè)上，他們已經(jīng)收集了幾十萬(wàn)份全球飛機(jī)分布圖。“以前我們想了解國(guó)外航線分布，拿不到數(shù)據(jù)，現(xiàn)在一目了然了。我們也會(huì)向國(guó)內(nèi)有需要的單位提供這些數(shù)據(jù)?！?017年，吳樹(shù)范帶著這些數(shù)據(jù)去了華東航管局，再次震驚四座，這些數(shù)據(jù)足以讓我國(guó)在國(guó)際航線調(diào)整上多一些話語(yǔ)權(quán)。而對(duì)他來(lái)說(shuō)，能夠通過(guò)這些工作打開(kāi)國(guó)內(nèi)微納衛(wèi)星研究的新局面，就足夠了。

離開(kāi)ESA時(shí)與同事和領(lǐng)導(dǎo)們?cè)谝黄?/p>

做應(yīng)做之事

一個(gè)東西會(huì)不會(huì)做，不在于技術(shù)水準(zhǔn)，而在于是否接觸過(guò)，那層窗戶紙有沒(méi)有被捅破。——吳樹(shù)范

SVOM，天基多波段空間變?cè)幢O(jiān)視器，屬于天文衛(wèi)星，其主要目標(biāo)是觀測(cè)并描繪宇宙中能量最強(qiáng)的現(xiàn)象——伽瑪射線暴的特征。SVOM衛(wèi)星將搭載4臺(tái)設(shè)備：1臺(tái)X射線天文望遠(yuǎn)鏡，1臺(tái)X射線和伽瑪射線相機(jī)，1臺(tái)伽瑪暴監(jiān)視器，1臺(tái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。伽瑪暴的探測(cè)結(jié)果將立刻傳回地面以供其他天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。

這顆天文衛(wèi)星的開(kāi)發(fā)引起了中國(guó)和法國(guó)的雙重關(guān)注。2014年8月，法國(guó)空間研究中心主任讓·伊夫·勒加樂(lè)與時(shí)任中國(guó)國(guó)家航天局局長(zhǎng)許達(dá)哲在北京簽署了一項(xiàng)關(guān)于SVOM天體物理科學(xué)任務(wù)的專項(xiàng)協(xié)議，明確了中法雙方的責(zé)任劃分并確定于2021年發(fā)射SVOM衛(wèi)星。事實(shí)上，中法兩國(guó)早在2006年就簽訂過(guò)《關(guān)于合作執(zhí)行SVOM任務(wù)的諒解備忘錄》，卻由于種種原因擱淺近6年。2012年，當(dāng)該計(jì)劃想要繼續(xù)往前走時(shí)，問(wèn)題又來(lái)了。

“在SVOM開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)叫做指向穩(wěn)定度?！眳菢?shù)范介紹說(shuō)：“要觀察幾萬(wàn)光年以外的目標(biāo)，還得盯著幾分鐘一動(dòng)不動(dòng)，對(duì)指向穩(wěn)定度的要求是極高的。比如5分鐘內(nèi)抖動(dòng)量要限制在幾個(gè)毫角秒之下。”

所謂毫角秒自然是1個(gè)單位名稱，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，把1°劃分為3600等分，這1/3600就是1個(gè)角秒，毫角秒又是角秒的千分之一，微乎其微！以我國(guó)當(dāng)時(shí)的衛(wèi)星發(fā)展水平來(lái)說(shuō)，還實(shí)現(xiàn)不了這樣的指向穩(wěn)定度，但歐洲已經(jīng)做了出來(lái)。我國(guó)與法國(guó)合作，一方面是想要推動(dòng)天文衛(wèi)星的發(fā)展，另一方面也是要學(xué)習(xí)歐洲在指向穩(wěn)定度研究上的經(jīng)驗(yàn)。好事多磨，正當(dāng)中法雙方就購(gòu)買衛(wèi)星平臺(tái)一事達(dá)成協(xié)議，國(guó)家也大力支持立項(xiàng)時(shí)，說(shuō)好的“買賣”黃了。那就用中國(guó)自己的衛(wèi)星來(lái)做吧！面對(duì)這種困境，中方再次選擇了自主，但法方顯然不認(rèn)為中國(guó)有對(duì)等的實(shí)力。“我們做的載荷、儀器像寶石，放到小戒指上根本不匹配?！狈▏?guó)專家說(shuō)。

吳樹(shù)范聽(tīng)到這個(gè)故事是在德國(guó)。2012年，時(shí)任上海微小衛(wèi)星工程中心主任相里斌前往德國(guó)考察，聯(lián)系到了身在荷蘭的吳樹(shù)范，吳樹(shù)范專門飛往德國(guó)與相里斌會(huì)面。期間，相里斌談到國(guó)內(nèi)對(duì)指向穩(wěn)定度技術(shù)的迫切需求?！拔业綒W洲航天局的最初目的就是吸收東西，掌握國(guó)際最前沿的技術(shù)，十幾年過(guò)去也積累了一些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，但這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要真正發(fā)揮作用，還是要回到自己的國(guó)家。”吳樹(shù)范感覺(jué)到，是時(shí)候釋放能量報(bào)效祖國(guó)了，尤其他還曾直接參與過(guò)歐洲航天局關(guān)于超高指向穩(wěn)定度（RPE）航天標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)工作，在該技術(shù)上具有天然優(yōu)勢(shì)。這次見(jiàn)面之后，吳樹(shù)范又對(duì)SVOM計(jì)劃進(jìn)行了深入接觸，參加項(xiàng)目會(huì)，開(kāi)始策劃并準(zhǔn)備相應(yīng)的技術(shù)方案，盡管此時(shí)他還沒(méi)有回國(guó)。

2012年，吳樹(shù)范申請(qǐng)的上海市“千人計(jì)劃”獲批；2013年，中組部“千人計(jì)劃”也被批準(zhǔn)。他立馬飛回上海投入到SVOM工作中。之后，他提出了在天文望遠(yuǎn)鏡焦平面增設(shè)導(dǎo)星敏感器的技術(shù)方案，并制定了提高RPE指標(biāo)的一套原理和算法?！皡牵?shù)范）博士回來(lái)，你們的衛(wèi)星就能滿足要求了！”方案一出，法國(guó)方面的衛(wèi)星專家和項(xiàng)目主管就如此表態(tài)，同意接受使用中方設(shè)計(jì)的衛(wèi)星平臺(tái)，使得停滯5年多的國(guó)際合作項(xiàng)目得以重新啟動(dòng)，進(jìn)入B階段設(shè)計(jì)工作。該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)處于國(guó)際前沿，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，有很高的科學(xué)意義和工程價(jià)值。吳樹(shù)范回國(guó)后的第一槍打響了。

“一個(gè)東西會(huì)不會(huì)做，不在于技術(shù)水準(zhǔn)，而在于是否接觸過(guò)，那層窗戶紙有沒(méi)有被捅破。”吳樹(shù)范講道。他認(rèn)為自己只是那個(gè)“捅破窗戶紙”的人，出去學(xué)習(xí)和工作的最終目的就是使自己具備能力，并且在國(guó)家需要的時(shí)候能拿得出來(lái)，他只是做了一件應(yīng)該做的事情。

飛出大氣層

冥冥之中，自有天意?！獏菢?shù)范

吳樹(shù)范覺(jué)得，自己是個(gè)幸運(yùn)的人。1978年，他14歲，正面臨中考。山東省重點(diǎn)中學(xué)聊城一中在“文革”后第一次試驗(yàn)性地面對(duì)全地區(qū)進(jìn)行招生，且首次設(shè)立了兩個(gè)農(nóng)村班，吳樹(shù)范正好趕上。當(dāng)時(shí)的農(nóng)村，自然不可跟現(xiàn)今相提并論，吳樹(shù)范家庭條件不好，弟妹較多，母親希望身為長(zhǎng)子的他能夠去考小中專，早日就業(yè)，幫扶家庭。他自己卻希望能考高中、上大學(xué)?；蛟S冥冥之中自有天意，當(dāng)他以優(yōu)異的成績(jī)拿到重點(diǎn)高中和小中專的錄取通知書(shū)時(shí)，聊城市教育局下達(dá)了一個(gè)文件，要求凡是被重點(diǎn)高中錄取的，不再考慮小中專錄取。于是，本來(lái)已經(jīng)準(zhǔn)備妥協(xié)去小中專的他，趕在聊城一中要求的最后一天去報(bào)到了。

機(jī)會(huì)永遠(yuǎn)只會(huì)垂青有準(zhǔn)備的人，吳樹(shù)范相信這一點(diǎn)。抓住來(lái)之不易的機(jī)會(huì)，他是真的打算“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”了。為了扎實(shí)基礎(chǔ)，在隨后的兩年里，他把整套上海出版的數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)都看完了。買不起作業(yè)本，就買一面光滑一面粗糙的草紙，拿線繩穿成本子來(lái)演算習(xí)題。1980年，高考成績(jī)出來(lái)后，他成了冠縣理工科狀元。報(bào)志愿時(shí)，家境再一次成為難題。尊重母親的意愿，他在第一志愿上填報(bào)了第二軍醫(yī)大學(xué)?！吧宪娦Ｃ赓M(fèi)，還能有津貼，可以緩解家庭困難，而且學(xué)醫(yī)是非常實(shí)用的?！币运某煽?jī)，第一志愿錄取是沒(méi)有問(wèn)題的，但吳樹(shù)范還是在第二志愿上鄭重地填上了南京航空航天大學(xué)，因?yàn)楹娇蘸教祛I(lǐng)域?qū)σ粋€(gè)男孩子有著致命的吸引力。

又是一次“天意”，在參加軍事院校的特別體檢時(shí)，因?yàn)橐恢谎劬Φ囊暳Σ盍?.1度，吳樹(shù)范被第二軍醫(yī)大學(xué)刷了下來(lái)，落到了第二志愿上，偏偏成全了他原本想走的路。

第一個(gè)學(xué)期下來(lái)，吳樹(shù)范的物理、數(shù)學(xué)成績(jī)穩(wěn)居全年級(jí)第一名。春節(jié)前后，國(guó)家決定派遣一批在校大一學(xué)生出國(guó)留學(xué)，南京航空航天大學(xué)有7個(gè)名額，吳樹(shù)范被選中了。計(jì)劃被派遣到德國(guó)學(xué)習(xí)航空航天技術(shù)?？伤臒崆楹芸炀捅粷矞缌?，由于材料送晚了，南京航空航天大學(xué)的出國(guó)名額被取消了。此后10年，吳樹(shù)范在南京航空航天大學(xué)拿到了學(xué)士、碩士、博士學(xué)位，并留校任教。

此時(shí)，他的研究方向并非航天，而是航空。1994年，憑借“總能量原理在飛機(jī)橫側(cè)向飛行控制系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用”，吳樹(shù)范獲得了德國(guó)洪堡獎(jiǎng)學(xué)金，而他提出的基于總能量原理的最優(yōu)化制導(dǎo)算法則發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Journal of Guidance Control Dynamics上。第二年，他踏上了前往德國(guó)布倫瑞克技術(shù)大學(xué)的飛機(jī)，在該校飛行力學(xué)研究所進(jìn)行宇航控制技術(shù)研究。德國(guó)之行，姍姍來(lái)遲了14年。

那幾年，吳樹(shù)范從飛機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總能量動(dòng)態(tài)平衡的原理出發(fā)，將飛行速度和高度的控制有機(jī)地結(jié)合在一起，形成最優(yōu)化的綜合飛行任務(wù)管理系統(tǒng)。在將總能量原理成功地應(yīng)用于飛機(jī)縱向飛行軌跡的優(yōu)化管理基礎(chǔ)上，又結(jié)合民航飛機(jī)四維飛行管理的需求，將總能量原理推廣到包含對(duì)飛行時(shí)間在內(nèi)的四維飛行任務(wù)的綜合優(yōu)化與管理，研究結(jié)果得到總能量原理提出者、美國(guó)NASA Ames研究中心同行專家Dr H.Erzberger的好評(píng)，并主動(dòng)邀請(qǐng)吳樹(shù)范加入他在Ames研究中心的團(tuán)隊(duì)，后因種種原因未能成行。該項(xiàng)研究開(kāi)拓了國(guó)內(nèi)對(duì)四維飛行軌跡優(yōu)化和綜合飛行任務(wù)管理的研究領(lǐng)域，后續(xù)很多的學(xué)位論文和學(xué)術(shù)研究報(bào)告都是在上述研究基礎(chǔ)上展開(kāi)的。

為了改善飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)的魯棒性，1996年，吳樹(shù)范又申請(qǐng)了洪堡基金會(huì)中的歐洲研究獎(jiǎng)學(xué)金，到英國(guó)斯特拉斯克里德大學(xué)做訪問(wèn)研究。在國(guó)際知名教授Prof Grimble的指導(dǎo)下，他開(kāi)始涉足定量反饋理論（QFT）在飛行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，那是當(dāng)時(shí)國(guó)際上十分關(guān)注的一種新穎的魯棒控制方法。他們?cè)趪?guó)際上首次將QFT魯棒設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于飛機(jī)和無(wú)人機(jī)的綜合飛行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，并推廣到多輸入多輸出耦合控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，進(jìn)一步應(yīng)用到衛(wèi)星無(wú)拖曳姿態(tài)控制系統(tǒng)（DFACS）的魯棒控制律設(shè)計(jì)，取得了很好的效果。吳樹(shù)范的工作也獲得了英、德兩國(guó)導(dǎo)師的高度稱贊，被學(xué)術(shù)界認(rèn)為引領(lǐng)了QFT在飛行控制系統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新性應(yīng)用，處于國(guó)際前沿水平。這項(xiàng)工作，他只不過(guò)做了3個(gè)月。

1997年1月，吳樹(shù)范回到南京航空航天大學(xué)，出任自動(dòng)控制系主任。1998年4月，晉升為教授。停不下來(lái)的他再次出國(guó)了，這一次，他離開(kāi)的時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)。

1998年12月，吳樹(shù)范任職于荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)宇航學(xué)院。通過(guò)歐洲航天局航天技術(shù)研究中心下達(dá)的課題，他成為“X-38再入大氣層航天飛機(jī)”子項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人和主要骨干，對(duì)載人飛船飛行器X-38再入大氣層飛行階段的空氣動(dòng)力學(xué)模型和自主智能控制技術(shù)開(kāi)展了深入研究，全面建立了整個(gè)飛行包絡(luò)內(nèi)的氣動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并首次創(chuàng)造性地引入模糊邏輯智能控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)再入大氣層階段的大迎角大機(jī)動(dòng)飛行控制過(guò)程，取得滿意的控制性能，得到歐洲航天局專家的一致好評(píng)。他接觸的概念，也變成了衛(wèi)星、航天飛機(jī)、載人航天等，研究對(duì)象開(kāi)始飛到大氣層之外，飛進(jìn)了一個(gè)更加神秘的航天世界。

參與20余噸的自動(dòng)貨運(yùn)飛船（ATV）的研制試驗(yàn)

梁園雖好終非家

每個(gè)人都有夢(mèng)想，有對(duì)個(gè)人的夢(mèng)，有對(duì)國(guó)家的夢(mèng)?！獏菢?shù)范

吳樹(shù)范對(duì)航天的印象是從“東方紅一號(hào)”在太空唱響“東方紅，太陽(yáng)升”開(kāi)始的?？梢哉f(shuō)，他的成長(zhǎng)歲月恰恰與我國(guó)航空航天事業(yè)的進(jìn)程在同一條軌跡上。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)的發(fā)展都是依靠低附加值的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)來(lái)積累財(cái)富，資源消耗量相當(dāng)大，在國(guó)際價(jià)值鏈上，我國(guó)的幾億雙襪子才能換來(lái)國(guó)外的一架飛機(jī)。換到衛(wèi)星角度，太空本無(wú)國(guó)域概念，“無(wú)論哪個(gè)國(guó)家發(fā)射的衛(wèi)星，都可以在我們的頭頂上盤旋”。國(guó)防軍事需求牽引和驅(qū)動(dòng)著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，但衛(wèi)星技術(shù)到底會(huì)如何發(fā)展，他還需要深入學(xué)習(xí)。荷蘭1年后，他選擇到英國(guó)薩瑞大學(xué)重新開(kāi)始，在他眼里，薩瑞大學(xué)還有另一重身份——小衛(wèi)星理念的誕生地。

自20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開(kāi)始，世界衛(wèi)星研發(fā)就在朝著“大衛(wèi)星”發(fā)展。70年代的“東方紅一號(hào)”還只有173公斤，到90年代的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡就成了11噸的“胖子”?！坝?jì)算機(jī)在70年代還是一間房子那么大，到80年代居然說(shuō)做一顆100公斤的衛(wèi)星，聽(tīng)起來(lái)像天方夜譚。”吳樹(shù)范回憶說(shuō)。但不管怎樣，就在80年代，薩瑞衛(wèi)星科技公司的創(chuàng)始人Martin Sweeting大膽提出了做小衛(wèi)星的想法。事實(shí)上，當(dāng)他還是英國(guó)薩瑞大學(xué)講師的時(shí)候，就已經(jīng)試圖做出百公斤量級(jí)的小衛(wèi)星了。緊隨他的腳步，一批研究者開(kāi)始在大學(xué)里“折騰”起小衛(wèi)星。先行者們認(rèn)為，小衛(wèi)星終將掀起太空經(jīng)濟(jì)發(fā)展浪潮。

吳樹(shù)范是懷著一種朝圣的心情走進(jìn)薩瑞大學(xué)航天中心的。在那里，他再次接到了歐洲航天局下達(dá)的項(xiàng)目“衛(wèi)星軌道與姿態(tài)精確控制技術(shù)研究”。結(jié)合英國(guó)EPSRC的資助課題，他針對(duì)遙感衛(wèi)星對(duì)地成像的機(jī)會(huì)和姿態(tài)控制需求問(wèn)題，提出了一套完整的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并利用軌道快速遞推模型，研究開(kāi)發(fā)了一套快速成像機(jī)會(huì)和成像姿態(tài)控制需求的算法。這一工作最終成為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星在軌自主任務(wù)調(diào)度的核心算法，被英國(guó)薩瑞小衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）和英國(guó)減災(zāi)衛(wèi)星中心（DMC）的衛(wèi)星任務(wù)調(diào)度管理系統(tǒng)采用，取得了很好的應(yīng)用效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。“欣欣向榮”，如果那時(shí)有人問(wèn)他小衛(wèi)星的發(fā)展前景，吳樹(shù)范一定會(huì)給出這樣的回答。

2002年的一天，吳樹(shù)范接到一個(gè)電話，問(wèn)他是否有意向去歐洲航天局航天技術(shù)研發(fā)中心工作。他當(dāng)然想去。“在衛(wèi)星研究上，我正處在充電階段，需要充實(shí)提高，能學(xué)習(xí)歐洲航天界幾十年沉淀下來(lái)的精華，吸收他們的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我來(lái)說(shuō)是可遇而不可求的?！蹦呐锣笥谌A人背景，只能以合同工身份入職，吳樹(shù)范也認(rèn)了。剛一入職，吳樹(shù)范就進(jìn)入到重大工程項(xiàng)目“自動(dòng)貨運(yùn)飛船與國(guó)際空間站自主交會(huì)與對(duì)接過(guò)程的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)”中，成為GNC系統(tǒng)組技術(shù)人員之一，隨后又作為技術(shù)負(fù)責(zé)人承擔(dān)起一系列課題。

“一下子站到歐洲航天界的頂端去觀摩、學(xué)習(xí)，深入掌握核心技術(shù)”，吳樹(shù)范心情激蕩。2002年—2005年，針對(duì)自動(dòng)貨運(yùn)飛船上裝有30多個(gè)姿態(tài)/軌道推力器的復(fù)雜系統(tǒng)，他負(fù)責(zé)并直接參與了航天器綜合推力控制管理技術(shù)的課題研究，用復(fù)雜數(shù)學(xué)模型描述了在有較多冗余推力器條件下如何更有效地調(diào)度和使用各推力器來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的控制任務(wù)，研究結(jié)果改進(jìn)了貨運(yùn)飛船在自主交會(huì)與對(duì)接階段的控制性能，有多篇論文發(fā)表在頂級(jí)期刊和AIAA GNC大會(huì)上。2005年—2009年，針對(duì)麗薩探路者號(hào)科學(xué)飛船任務(wù)中的無(wú)拖曳姿態(tài)控制系統(tǒng)技術(shù)難題，他又創(chuàng)造性地引入定量反饋理論（QFT）設(shè)計(jì)其魯棒控制算法，得到的性能大為改善，優(yōu)于基于H∝的原有設(shè)計(jì)結(jié)果，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

從20余噸的貨運(yùn)飛船到導(dǎo)航衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星、小衛(wèi)星、納衛(wèi)星等，吳樹(shù)范直接參與了一系列歐洲宇航工程項(xiàng)目的技術(shù)研究和管理，成為宇航控制系統(tǒng)高級(jí)工程師，也是歐洲航天局史上唯一一名來(lái)自中國(guó)內(nèi)地的長(zhǎng)期工作人員。但“玻璃天花板”也一直懸在頭上，讓他一眼看得到在這里的未來(lái)，僅此而已。與之相比，中國(guó)的未來(lái)他還望不到邊界，尤其21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)加大了航天技術(shù)和應(yīng)用的投入，在衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天和探月工程中取得突破性進(jìn)展，躋身世界航天大國(guó)之列?！斑€不能說(shuō)是航天強(qiáng)國(guó)，這是我們的發(fā)展目標(biāo)?！彼胍貒?guó)，與同胞們一起為建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)努力，也讓自身價(jià)值得到最大限度的發(fā)揮。

“每個(gè)人都有夢(mèng)想，有對(duì)個(gè)人的夢(mèng)，有對(duì)國(guó)家的夢(mèng)。個(gè)人的夢(mèng)和國(guó)家的夢(mèng)相吻合，所以我回來(lái)了?！眳菢?shù)范說(shuō)。

2017年7月，邀請(qǐng)國(guó)際宇航專家比利時(shí)馮卡門研究院前院長(zhǎng)Jean Muylaert、美國(guó)OneWeb公司創(chuàng)始人Greg Wyler, 德國(guó)符茲堡大學(xué)教授Klaus Schilling來(lái)上海交通大學(xué)講學(xué)。

天時(shí)地利人和中的未來(lái)

商業(yè)衛(wèi)星如果現(xiàn)在不做，以后就落伍了。——吳樹(shù)范

如果說(shuō)小衛(wèi)星發(fā)展勢(shì)不可擋是天時(shí)，選擇回到大力發(fā)展航空航天戰(zhàn)略的中國(guó)立業(yè)是地利，那么從上海微小衛(wèi)星工程中心到上海交通大學(xué)，吳樹(shù)范都在建設(shè)的團(tuán)隊(duì)，就是人和。天時(shí)、地利、人和，缺一不可。

研發(fā)STU-2的3顆立方星時(shí)，他所依托的是工程中心新技術(shù)室團(tuán)隊(duì)。作為一支新成立的團(tuán)隊(duì)，新技術(shù)室成員大多是剛畢業(yè)的碩士和博士，平均年齡28歲，可以說(shuō)相當(dāng)年輕。副主任陳雯是薩瑞大學(xué)畢業(yè)的博士，是吳樹(shù)范的黃金搭檔，她總是能迅速、準(zhǔn)確地將問(wèn)題落實(shí)到實(shí)處。到現(xiàn)在，吳樹(shù)范都對(duì)她的敬業(yè)和執(zhí)行力贊不絕口。立方星項(xiàng)目，真正操作起來(lái)，其實(shí)只有10個(gè)月，時(shí)間短、任務(wù)重，他們就以“5+2”“白+黑”的航天精神堅(jiān)持下去，為了解決問(wèn)題熬到兩三點(diǎn)鐘都是常事。一場(chǎng)磨練后，隊(duì)伍得到了很大的進(jìn)步。

“科研型人才一定要與實(shí)際應(yīng)用工程相結(jié)合，同時(shí)與國(guó)際接軌?！币怨こ膛囵B(yǎng)人才，吳樹(shù)范堅(jiān)持這一原則。2017年7月，到上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院任職后，作為亞太空間合作組織專家組成員、學(xué)生小衛(wèi)星項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一，他也把學(xué)生小衛(wèi)星項(xiàng)目帶進(jìn)了上海交通大學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生做出“能夠上天的硬件產(chǎn)品”，也為學(xué)生們創(chuàng)造與國(guó)外大學(xué)和機(jī)構(gòu)直接交流的機(jī)會(huì)。

“眼界”，吳樹(shù)范一直強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，認(rèn)為科技人員一定要保持開(kāi)闊的視角，以及對(duì)世界求知欲，才能夠把握未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，一如他對(duì)商業(yè)航天的堅(jiān)持。2015年，中國(guó)迎來(lái)了商業(yè)航天元年，未來(lái)幾年，一輪關(guān)于商業(yè)航天的新熱潮又將興起。這一切都印證著他判斷的正確性。

到上海交通大學(xué)之后，他會(huì)利用微納衛(wèi)星去研究空間科學(xué)，開(kāi)展在軌空間科學(xué)試驗(yàn)，縮短空間科學(xué)的研究周期，同時(shí)大力發(fā)展商業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用?！皣?guó)家在空間科學(xué)上還有相當(dāng)距離要趕上，正奮起直追。但是商業(yè)衛(wèi)星目前還來(lái)得及，如果不做的話，以后也會(huì)落后?！鄙硖幧虾＃羁腆w會(huì)到“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的發(fā)展氛圍，也開(kāi)始依托上海交通大學(xué)，多方聯(lián)絡(luò)融合，籌備搭建一個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的平臺(tái)，專門去做小衛(wèi)星的技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化應(yīng)用?？萍蓟A(chǔ)自不必說(shuō)，前期的鋪墊工作已經(jīng)做好了。他甚至已經(jīng)在談1年研發(fā)多顆衛(wèi)星的新任務(wù)，預(yù)期在未來(lái)一兩年內(nèi)可以取得突破。

“我是帶著商業(yè)航天的夢(mèng)想回來(lái)的，現(xiàn)在已經(jīng)在半途了?！眳菢?shù)范欣慰地說(shuō)。