□ 祝傳海

2013年在ESA的衛(wèi)星聯(lián)合設(shè)計實驗室

專家簡介：

吳樹范，國家“千人計劃”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。曾任上海微小衛(wèi)星工程中心/中國科學(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年赴德國布倫瑞克技術(shù)大學(xué)做洪堡學(xué)者，期間赴英國做訪問學(xué)者；1997年回國，任南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院自動控制系主任；1998年4月晉升正教授，12月赴荷蘭任德爾福特技術(shù)大學(xué)宇航學(xué)院研究員；2000年赴英國薩瑞大學(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“千人計劃”；2013年入選第九批國家“千人計劃”（創(chuàng)新類）特聘專家；入選科學(xué)中國人（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，獲國家發(fā)明專利8項。

2015年9月26日，我國首批立方體納衛(wèi)星——“上科大二號”立方體試驗衛(wèi)星（STU-2）搭載“長征十一號”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。

這是我國首批按照國際標準研制并發(fā)射入軌的立方體試驗衛(wèi)星，其總設(shè)計師是時任上海微小衛(wèi)星工程中心副總工程師的吳樹范研究員。這3顆立方星，從提出概念到發(fā)射成功，他帶領(lǐng)團隊忙了1年。

對于習(xí)慣了大衛(wèi)星動輒十數(shù)年周期的國人來說，一年三星，堪稱奇跡。但這正是微納衛(wèi)星的顯著特點：質(zhì)量輕、體積小、性能高、成本低、機動性好、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)一場重大變革。早在歐洲航天局工作時，吳樹范就敏銳地意識到這一點，他認為微納衛(wèi)星代表著一個新的紀元，由此而生的商業(yè)航天應(yīng)用也是大勢所趨。他愿意竭盡全力，將這一事業(yè)在中國發(fā)展成熟。

“有人說一個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，如果能在這個過程中有一些發(fā)現(xiàn)，對人類做出一點貢獻，那將是十分有意義的事?！眳菢浞墩f。

借梯子上山

立方星正在掀起一場產(chǎn)業(yè)革命?！獏菢浞?/p>

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關(guān)于極地救援和北極航道的報告。“如果能夠有一顆專注觀測浮冰的衛(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出南極，還有助于開通北極航道，產(chǎn)生重要的商業(yè)意義。”與程曉交流之后，吳樹范確定了他想要實現(xiàn)的一個應(yīng)用方向。

開發(fā)“立方星”，吳樹范的這個念頭由來已久。2002年，歐洲航天局在意大利舉辦的航天導(dǎo)航與制導(dǎo)控制年會上，美國斯坦福大學(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，是用來進行太空探索或?qū)Φ厍蛴^測的標準立方體模塊或其組合體的小衛(wèi)星，外觀看起來像一只魔方?？陕槿鸽m小，五臟俱全，立方星中不到10厘米見方的計算機主板可以管理衛(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；動量輪僅拇指大??；用來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)射時的空隙，搭載在火箭平臺上，發(fā)射花費極小，卻能夠完成很多艱巨的任務(wù)，比如對海洋、大氣環(huán)境、船舶、航空飛行器等進行監(jiān)測。

聽完報告，吳樹范心底驀然升起一株火苗——如此一來，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發(fā)展規(guī)劃，吳樹范參加了這些論證工作。

2011年12月，歐盟啟動了QB50工程計劃。作為歐盟第七框架協(xié)議項目，QB50是一項國際大科學(xué)計劃，在全球呼吁50所大學(xué)加盟，每個大學(xué)貢獻一顆立方星平臺，由歐盟提供載荷。吳樹范眼前一亮，微小衛(wèi)星在國際上的發(fā)展時間還不算長，他一直希望中國能夠跟得上前沿。這次機會來了，“我去問負責項目的同事，歐盟給的回答是可以。”得到許可后，他開始與浙江大學(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所高校通過審核?！傲⒎叫歉拍罹褪悄菚r候被引入國內(nèi)的?！?/p>

有此淵源，吳樹范在上海微小衛(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?！耙话銇碚f，從提出概念、發(fā)射入軌到傳回數(shù)據(jù)，立方星的周期在1年左右，耗資也多在數(shù)百萬元人民幣。而且，立方星還與‘羅塞塔’探測器釋放‘菲萊’登陸彗星表面共同被列入《科學(xué)》雜志評選的‘2014年全球十大科學(xué)突破’。后者是一項持續(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，過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，這就不是問題了。從某種程度上說，立方星已經(jīng)能夠與傳統(tǒng)衛(wèi)星并列存在，并掀起一場產(chǎn)業(yè)革命，推動了商業(yè)航天時代的來臨?！彼f。

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

吳樹范的“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電陀螺的微推技術(shù)，但苦于沒有發(fā)射機會，這項技術(shù)始終得不到驗證。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，可以用在立方星上監(jiān)測民航機的飛行信息，并傳回到地面。這樣一來，那些地面機載雷達信號覆蓋不了的區(qū)域就有了“眼睛”。這些技術(shù)最大的特點就是先進、但暫時無法應(yīng)用。吳樹范瞄準這兩點開始與這些技術(shù)所有者談判，向他們采購一些單機，對于關(guān)鍵前沿技術(shù)則開展合作，一方免費提供，另一方助其在軌驗證，一拍即合。

梯子借好了，吳樹范開始帶著新技術(shù)室的隊員們“爬山”：消化吃透關(guān)鍵技術(shù)、寫軟件、搭架構(gòu)、做驗證……林林總總，都在周密地開展。從2014年到2015年，這支年輕的工程師團隊集成了當前立方星領(lǐng)域的國際前沿技術(shù)與應(yīng)用載荷，研制發(fā)射了3顆立方體試驗衛(wèi)星。其中，A星主要載荷是微小型光學(xué)相機，可用于觀測南北極結(jié)冰情況；B星裝有用于船舶信息采集的星載船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）接收機，可以擴展航船的信息監(jiān)測覆蓋面，并通過多星座有望實現(xiàn)全球?qū)崟r監(jiān)測；C星安裝了用于民用飛機信息采集的星載廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）接收機，監(jiān)測民航機的飛行信息。以C星為例，展開接受天線后僅繞地球一軌（約94分鐘），就已經(jīng)采集到405架飛機發(fā)出的5.1萬多條播報信息，經(jīng)過一段時間的信息積累，就可以勾勒出民航飛機的航行動態(tài)圖，對民航管理、航線規(guī)劃、應(yīng)急處置以及流量分析與優(yōu)化等，都有實際的應(yīng)用價值。有了B星，過去大洋中的信號盲區(qū)將“復(fù)明”，船舶不會輕易失聯(lián)。而A星分辨率可以達到100米，此前國外開放數(shù)據(jù)的分辨率分別為250米和50米，A星恰好填補了中間層的空缺。同樣A星將有助于開通北極航道，商船未來通過北極航道去歐洲會比經(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。吳樹范最堅持的一點就是，立方星本來就是以應(yīng)用為驅(qū)動的衛(wèi)星，它無法替代大衛(wèi)星，但能將單一應(yīng)用做得更精準、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，中心已經(jīng)掛牌成立12年，發(fā)射了12顆小衛(wèi)星，吳樹范帶領(lǐng)的新技術(shù)室占了1/4。吳樹范很為之驕傲，作為一個新成立不久的團隊，他也的確值得驕傲。

3年多過去了，這3顆星的在軌表現(xiàn)依然出色。尤其在民航機監(jiān)測上，他們已經(jīng)收集了幾十萬份全球飛機分布圖?！耙郧拔覀兿肓私鈬夂骄€分布，拿不到數(shù)據(jù)，現(xiàn)在一目了然了。我們也會向國內(nèi)有需要的單位提供這些數(shù)據(jù)?！?017年，吳樹范帶著這些數(shù)據(jù)去了華東航管局，再次震驚四座，這些數(shù)據(jù)足以讓我國在國際航線調(diào)整上多一些話語權(quán)。而對他來說，能夠通過這些工作打開國內(nèi)微納衛(wèi)星研究的新局面，就足夠了。

離開ESA時與同事和領(lǐng)導(dǎo)們在一起

做應(yīng)做之事

一個東西會不會做，不在于技術(shù)水準，而在于是否接觸過，那層窗戶紙有沒有被捅破?！獏菢浞?/p>

SVOM，天基多波段空間變源監(jiān)視器，屬于天文衛(wèi)星，其主要目標是觀測并描繪宇宙中能量最強的現(xiàn)象——伽瑪射線暴的特征。SVOM衛(wèi)星將搭載4臺設(shè)備：1臺X射線天文望遠鏡，1臺X射線和伽瑪射線相機，1臺伽瑪暴監(jiān)視器，1臺光學(xué)望遠鏡。伽瑪暴的探測結(jié)果將立刻傳回地面以供其他天文望遠鏡對其進行觀測。

這顆天文衛(wèi)星的開發(fā)引起了中國和法國的雙重關(guān)注。2014年8月，法國空間研究中心主任讓·伊夫·勒加樂與時任中國國家航天局局長許達哲在北京簽署了一項關(guān)于SVOM天體物理科學(xué)任務(wù)的專項協(xié)議，明確了中法雙方的責任劃分并確定于2021年發(fā)射SVOM衛(wèi)星。事實上，中法兩國早在2006年就簽訂過《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，當該計劃想要繼續(xù)往前走時，問題又來了。

“在SVOM開發(fā)過程中，有一個非常關(guān)鍵的技術(shù)指標叫做指向穩(wěn)定度?！眳菢浞督榻B說：“要觀察幾萬光年以外的目標，還得盯著幾分鐘一動不動，對指向穩(wěn)定度的要求是極高的。比如5分鐘內(nèi)抖動量要限制在幾個毫角秒之下?！?/p>

所謂毫角秒自然是1個單位名稱，簡單來說，把1°劃分為3600等分，這1/3600就是1個角秒，毫角秒又是角秒的千分之一，微乎其微！以我國當時的衛(wèi)星發(fā)展水平來說，還實現(xiàn)不了這樣的指向穩(wěn)定度，但歐洲已經(jīng)做了出來。我國與法國合作，一方面是想要推動天文衛(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。好事多磨，正當中法雙方就購買衛(wèi)星平臺一事達成協(xié)議，國家也大力支持立項時，說好的“買賣”黃了。那就用中國自己的衛(wèi)星來做吧！面對這種困境，中方再次選擇了自主，但法方顯然不認為中國有對等的實力。“我們做的載荷、儀器像寶石，放到小戒指上根本不匹配。”法國專家說。

吳樹范聽到這個故事是在德國。2012年，時任上海微小衛(wèi)星工程中心主任相里斌前往德國考察，聯(lián)系到了身在荷蘭的吳樹范，吳樹范專門飛往德國與相里斌會面。期間，相里斌談到國內(nèi)對指向穩(wěn)定度技術(shù)的迫切需求。“我到歐洲航天局的最初目的就是吸收東西，掌握國際最前沿的技術(shù)，十幾年過去也積累了一些技術(shù)和經(jīng)驗，但這些技術(shù)和經(jīng)驗要真正發(fā)揮作用，還是要回到自己的國家?！眳菢浞陡杏X到，是時候釋放能量報效祖國了，尤其他還曾直接參與過歐洲航天局關(guān)于超高指向穩(wěn)定度（RPE）航天標準的編寫工作，在該技術(shù)上具有天然優(yōu)勢。這次見面之后，吳樹范又對SVOM計劃進行了深入接觸，參加項目會，開始策劃并準備相應(yīng)的技術(shù)方案，盡管此時他還沒有回國。

2012年，吳樹范申請的上海市“千人計劃”獲批；2013年，中組部“千人計劃”也被批準。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指標的一套原理和算法?！皡牵浞叮┎┦炕貋?，你們的衛(wèi)星就能滿足要求了！”方案一出，法國方面的衛(wèi)星專家和項目主管就如此表態(tài)，同意接受使用中方設(shè)計的衛(wèi)星平臺，使得停滯5年多的國際合作項目得以重新啟動，進入B階段設(shè)計工作。該項創(chuàng)新技術(shù)處于國際前沿，國內(nèi)領(lǐng)先，有很高的科學(xué)意義和工程價值。吳樹范回國后的第一槍打響了。

“一個東西會不會做，不在于技術(shù)水準，而在于是否接觸過，那層窗戶紙有沒有被捅破?！眳菢浞吨v道。他認為自己只是那個“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，并且在國家需要的時候能拿得出來，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?！獏菢浞?/p>

吳樹范覺得，自己是個幸運的人。1978年，他14歲，正面臨中考。山東省重點中學(xué)聊城一中在“文革”后第一次試驗性地面對全地區(qū)進行招生，且首次設(shè)立了兩個農(nóng)村班，吳樹范正好趕上。當時的農(nóng)村，自然不可跟現(xiàn)今相提并論，吳樹范家庭條件不好，弟妹較多，母親希望身為長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，當他以優(yōu)異的成績拿到重點高中和小中專的錄取通知書時，聊城市教育局下達了一個文件，要求凡是被重點高中錄取的，不再考慮小中專錄取。于是，本來已經(jīng)準備妥協(xié)去小中專的他，趕在聊城一中要求的最后一天去報到了。

機會永遠只會垂青有準備的人，吳樹范相信這一點。抓住來之不易的機會，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，拿線繩穿成本子來演算習(xí)題。1980年，高考成績出來后，他成了冠縣理工科狀元。報志愿時，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了第二軍醫(yī)大學(xué)?！吧宪娦Ｃ赓M，還能有津貼，可以緩解家庭困難，而且學(xué)醫(yī)是非常實用的。”以他的成績，第一志愿錄取是沒有問題的，但吳樹范還是在第二志愿上鄭重地填上了南京航空航天大學(xué)，因為航空航天領(lǐng)域?qū)σ粋€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，因為一只眼睛的視力差了0.1度，吳樹范被第二軍醫(yī)大學(xué)刷了下來，落到了第二志愿上，偏偏成全了他原本想走的路。

第一個學(xué)期下來，吳樹范的物理、數(shù)學(xué)成績穩(wěn)居全年級第一名。春節(jié)前后，國家決定派遣一批在校大一學(xué)生出國留學(xué)，南京航空航天大學(xué)有7個名額，吳樹范被選中了。計劃被派遣到德國學(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)的出國名額被取消了。此后10年，吳樹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，他的研究方向并非航天，而是航空。1994年，憑借“總能量原理在飛機橫側(cè)向飛行控制系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用”，吳樹范獲得了德國洪堡獎學(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)表在國際頂級期刊Journal of Guidance Control Dynamics上。第二年，他踏上了前往德國布倫瑞克技術(shù)大學(xué)的飛機，在該校飛行力學(xué)研究所進行宇航控制技術(shù)研究。德國之行，姍姍來遲了14年。

那幾年，吳樹范從飛機運動過程中總能量動態(tài)平衡的原理出發(fā)，將飛行速度和高度的控制有機地結(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)用于飛機縱向飛行軌跡的優(yōu)化管理基礎(chǔ)上，又結(jié)合民航飛機四維飛行管理的需求，將總能量原理推廣到包含對飛行時間在內(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NASA Ames研究中心同行專家Dr H.Erzberger的好評，并主動邀請吳樹范加入他在Ames研究中心的團隊，后因種種原因未能成行。該項研究開拓了國內(nèi)對四維飛行軌跡優(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)研究報告都是在上述研究基礎(chǔ)上展開的。

為了改善飛機飛行控制系統(tǒng)的魯棒性，1996年，吳樹范又申請了洪堡基金會中的歐洲研究獎學(xué)金，到英國斯特拉斯克里德大學(xué)做訪問研究。在國際知名教授Prof Grimble的指導(dǎo)下，他開始涉足定量反饋理論（QFT）在飛行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，那是當時國際上十分關(guān)注的一種新穎的魯棒控制方法。他們在國際上首次將QFT魯棒設(shè)計方法應(yīng)用于飛機和無人機的綜合飛行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計，并推廣到多輸入多輸出耦合控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計，進一步應(yīng)用到衛(wèi)星無拖曳姿態(tài)控制系統(tǒng)（DFACS）的魯棒控制律設(shè)計，取得了很好的效果。吳樹范的工作也獲得了英、德兩國導(dǎo)師的高度稱贊，被學(xué)術(shù)界認為引領(lǐng)了QFT在飛行控制系統(tǒng)領(lǐng)域創(chuàng)新性應(yīng)用，處于國際前沿水平。這項工作，他只不過做了3個月。

1997年1月，吳樹范回到南京航空航天大學(xué)，出任自動控制系主任。1998年4月，晉升為教授。停不下來的他再次出國了，這一次，他離開的時間有點長。

1998年12月，吳樹范任職于荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)宇航學(xué)院。通過歐洲航天局航天技術(shù)研究中心下達的課題，他成為“X-38再入大氣層航天飛機”子項目的負責人和主要骨干，對載人飛船飛行器X-38再入大氣層飛行階段的空氣動力學(xué)模型和自主智能控制技術(shù)開展了深入研究，全面建立了整個飛行包絡(luò)內(nèi)的氣動力學(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)來實現(xiàn)再入大氣層階段的大迎角大機動飛行控制過程，取得滿意的控制性能，得到歐洲航天局專家的一致好評。他接觸的概念，也變成了衛(wèi)星、航天飛機、載人航天等，研究對象開始飛到大氣層之外，飛進了一個更加神秘的航天世界。

參與20余噸的自動貨運飛船（ATV）的研制試驗

梁園雖好終非家

每個人都有夢想，有對個人的夢，有對國家的夢?！獏菢浞?/p>

吳樹范對航天的印象是從“東方紅一號”在太空唱響“東方紅，太陽升”開始的?？梢哉f，他的成長歲月恰恰與我國航空航天事業(yè)的進程在同一條軌跡上。在很長一段時間，我國的發(fā)展都是依靠低附加值的勞動密集型產(chǎn)業(yè)來積累財富，資源消耗量相當大，在國際價值鏈上，我國的幾億雙襪子才能換來國外的一架飛機。換到衛(wèi)星角度，太空本無國域概念，“無論哪個國家發(fā)射的衛(wèi)星，都可以在我們的頭頂上盤旋”。國防軍事需求牽引和驅(qū)動著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，但衛(wèi)星技術(shù)到底會如何發(fā)展，他還需要深入學(xué)習(xí)。荷蘭1年后，他選擇到英國薩瑞大學(xué)重新開始，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50年代，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，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”還只有173公斤，到90年代的哈勃空間望遠鏡就成了11噸的“胖子”。“計算機在70年代還是一間房子那么大，到80年代居然說做一顆100公斤的衛(wèi)星，聽起來像天方夜譚。”吳樹范回憶說。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。事實上，當他還是英國薩瑞大學(xué)講師的時候，就已經(jīng)試圖做出百公斤量級的小衛(wèi)星了。緊隨他的腳步，一批研究者開始在大學(xué)里“折騰”起小衛(wèi)星。先行者們認為，小衛(wèi)星終將掀起太空經(jīng)濟發(fā)展浪潮。

吳樹范是懷著一種朝圣的心情走進薩瑞大學(xué)航天中心的。在那里，他再次接到了歐洲航天局下達的項目“衛(wèi)星軌道與姿態(tài)精確控制技術(shù)研究”。結(jié)合英國EPSRC的資助課題，他針對遙感衛(wèi)星對地成像的機會和姿態(tài)控制需求問題，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，研究開發(fā)了一套快速成像機會和成像姿態(tài)控制需求的算法。這一工作最終成為實現(xiàn)衛(wèi)星在軌自主任務(wù)調(diào)度的核心算法，被英國薩瑞小衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）和英國減災(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)用效果和社會經(jīng)濟意義?！靶佬老驑s”，如果那時有人問他小衛(wèi)星的發(fā)展前景，吳樹范一定會給出這樣的回答。

2002年的一天，吳樹范接到一個電話，問他是否有意向去歐洲航天局航天技術(shù)研發(fā)中心工作。他當然想去?！霸谛l(wèi)星研究上，我正處在充電階段，需要充實提高，能學(xué)習(xí)歐洲航天界幾十年沉淀下來的精華，吸收他們的經(jīng)驗，對我來說是可遇而不可求的?！蹦呐锣笥谌A人背景，只能以合同工身份入職，吳樹范也認了。剛一入職，吳樹范就進入到重大工程項目“自動貨運飛船與國際空間站自主交會與對接過程的制導(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)負責人承擔起一系列課題。

“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)”，吳樹范心情激蕩。2002年—2005年，針對自動貨運飛船上裝有30多個姿態(tài)/軌道推力器的復(fù)雜系統(tǒng)，他負責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實現(xiàn)期望的控制任務(wù)，研究結(jié)果改進了貨運飛船在自主交會與對接階段的控制性能，有多篇論文發(fā)表在頂級期刊和AIAA GNC大會上。2005年—2009年，針對麗薩探路者號科學(xué)飛船任務(wù)中的無拖曳姿態(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)計結(jié)果，達到國際領(lǐng)先水平。

從20余噸的貨運飛船到導(dǎo)航衛(wèi)星、對地觀測衛(wèi)星、小衛(wèi)星、納衛(wèi)星等，吳樹范直接參與了一系列歐洲宇航工程項目的技術(shù)研究和管理，成為宇航控制系統(tǒng)高級工程師，也是歐洲航天局史上唯一一名來自中國內(nèi)地的長期工作人員。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，僅此而已。與之相比，中國的未來他還望不到邊界，尤其21世紀以來，中國加大了航天技術(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展，躋身世界航天大國之列?！斑€不能說是航天強國，這是我們的發(fā)展目標?！彼胍貒?，與同胞們一起為建設(shè)航天強國努力，也讓自身價值得到最大限度的發(fā)揮。

“每個人都有夢想，有對個人的夢，有對國家的夢。個人的夢和國家的夢相吻合，所以我回來了?！眳菢浞墩f。

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

天時地利人和中的未來

商業(yè)衛(wèi)星如果現(xiàn)在不做，以后就落伍了?！獏菢浞?/p>

如果說小衛(wèi)星發(fā)展勢不可擋是天時，選擇回到大力發(fā)展航空航天戰(zhàn)略的中國立業(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)，吳樹范都在建設(shè)的團隊，就是人和。天時、地利、人和，缺一不可。

研發(fā)STU-2的3顆立方星時，他所依托的是工程中心新技術(shù)室團隊。作為一支新成立的團隊，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，可以說相當年輕。副主任陳雯是薩瑞大學(xué)畢業(yè)的博士，是吳樹范的黃金搭檔，她總是能迅速、準確地將問題落實到實處。到現(xiàn)在，吳樹范都對她的敬業(yè)和執(zhí)行力贊不絕口。立方星項目，真正操作起來，其實只有10個月，時間短、任務(wù)重，他們就以“5+2”“白+黑”的航天精神堅持下去，為了解決問題熬到兩三點鐘都是常事。一場磨練后，隊伍得到了很大的進步。

“科研型人才一定要與實際應(yīng)用工程相結(jié)合，同時與國際接軌?！币怨こ膛囵B(yǎng)人才，吳樹范堅持這一原則。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)星項目負責人之一，他也把學(xué)生小衛(wèi)星項目帶進了上海交通大學(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)造與國外大學(xué)和機構(gòu)直接交流的機會。

“眼界”，吳樹范一直強調(diào)這一點，認為科技人員一定要保持開闊的視角，以及對世界求知欲，才能夠把握未來的發(fā)展趨勢，一如他對商業(yè)航天的堅持。2015年，中國迎來了商業(yè)航天元年，未來幾年，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，他會利用微納衛(wèi)星去研究空間科學(xué)，開展在軌空間科學(xué)試驗，縮短空間科學(xué)的研究周期，同時大力發(fā)展商業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用?！皣以诳臻g科學(xué)上還有相當距離要趕上，正奮起直追。但是商業(yè)衛(wèi)星目前還來得及，如果不做的話，以后也會落后?！鄙硖幧虾?，他深刻體會到“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的發(fā)展氛圍，也開始依托上海交通大學(xué)，多方聯(lián)絡(luò)融合，籌備搭建一個產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的平臺，專門去做小衛(wèi)星的技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化應(yīng)用。科技基礎(chǔ)自不必說，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)期在未來一兩年內(nèi)可以取得突破。

“我是帶著商業(yè)航天的夢想回來的，現(xiàn)在已經(jīng)在半途了?！眳菢浞缎牢康卣f。