空間技術(shù)新跨越 “遙感”地球添“神探”—訪高分-3衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師張慶君

本刊記者　宗體 齊真

空間技術(shù)新跨越 “遙感”地球添“神探”—訪高分-3衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師張慶君

本刊記者宗體 齊真

甄小云/ 攝

2016年8月10日，對于中國航天來說，又是一個喜慶的日子。在太原衛(wèi)星發(fā)射中心，長征-4C運(yùn)載火箭托舉起高分-3衛(wèi)星劃破蒼穹，順利升空。至此，我國自主研制的首顆C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)（SAR）衛(wèi)星，同時也是世界上性能最先進(jìn)的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星發(fā)射成功，中國空間技術(shù)發(fā)展又躍上了一個新的高度。在衛(wèi)星發(fā)射成功后，高分-3衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師張慶君接受了記者的專訪。

記者：張總，熱烈祝賀高分-3衛(wèi)星發(fā)射成功，業(yè)內(nèi)和用戶非常關(guān)注高分-3衛(wèi)星的發(fā)射，期待著這顆衛(wèi)星早日上天，造福社會，高分-3衛(wèi)星工程的任務(wù)和意義是什么？

張慶君：高分-3衛(wèi)星是我國“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”國家科技重大專項(xiàng)的研制工程項(xiàng)目之一，是“高分”專項(xiàng)民用領(lǐng)域中唯一的相控陣?yán)走_(dá)成像衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星的發(fā)射和應(yīng)用，在我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)建設(shè)中的地位舉足輕重，對于“數(shù)字中國”的建設(shè)非常重要。

高分-3是我國“高分”專項(xiàng)民用領(lǐng)域中唯一的合成孔徑雷達(dá)成像衛(wèi)星。與光學(xué)遙感衛(wèi)星利用可見光探測成像不同，合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星避免了光學(xué)成像受光線和天氣的約束與影響，把人的視野由可見光、熱紅外、遠(yuǎn)紅外帶入到微波輻射區(qū)，從而解決了光學(xué)遙感觀測不到或觀測不足的問題。

高分-3作為一顆具有1m分辨率的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)成像衛(wèi)星，它能夠全天候和全天時實(shí)現(xiàn)對全球海洋和陸地信息的監(jiān)視、監(jiān)測，并通過左右姿態(tài)機(jī)動擴(kuò)大對地觀測的范圍和提升快速響應(yīng)的能力，其獲取的C頻段多極化微波遙感信息，可以服務(wù)于我國海洋、減災(zāi)、水利及氣象等多個行業(yè)及業(yè)務(wù)部門，是我國實(shí)施海洋開發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測和防災(zāi)減災(zāi)的重要技術(shù)支撐，衛(wèi)星所提供的可靠、穩(wěn)定的高分辨率微波圖像數(shù)據(jù)，將徹底改變我國民用天基高分辨率合成孔徑雷達(dá)圖像全部依賴進(jìn)口的狀況，為國內(nèi)各行業(yè)用戶提供連續(xù)、高質(zhì)量、高精度對地觀測數(shù)據(jù)。此外，高分-3衛(wèi)星工程的研制實(shí)現(xiàn)了我國低地球軌道長壽命、高分辨率衛(wèi)星研制技術(shù)的重大跨越，不僅將推動我國空間技術(shù)的發(fā)展，還將在引領(lǐng)我國民用長壽命高分辨率微波遙感衛(wèi)星應(yīng)用方面起到重要的示范作用。

記者：都說高分-3是一顆非常“神氣”的衛(wèi)星，對于我國構(gòu)建高分辨率對地觀測系統(tǒng)正當(dāng)其時，請您介紹一下它到底有多神氣？

張慶君：對地觀測衛(wèi)星的重要使命是防災(zāi)、減災(zāi)，這就要求越是在災(zāi)害性天氣下，越是需要衛(wèi)星提供實(shí)時的、連續(xù)的數(shù)據(jù)，可見光學(xué)遙感有可能在最需要它的時候卻難以獲取有效數(shù)據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于受到光線和天氣的影響，衛(wèi)星光學(xué)探測所獲得的數(shù)據(jù)中，有50%～60%都是無效數(shù)據(jù)。而高分-3利用微波進(jìn)行探測，屬于主動探測載荷，自己發(fā)射信號并接收地面反射的回波信號成像，它不需要借助光線，不管刮風(fēng)下雨，不管白天黑夜，它照樣工作。特別是對云層、地表植被、松散沙層和冰雪具有一定的穿透能力。因此，它可以彌補(bǔ)衛(wèi)星光學(xué)探測的不足，給人們提供更多、更為全面詳盡的信息；高分-3是一顆不論在陸地和海上都可以應(yīng)用的衛(wèi)星，做到了“海陸全能”，特別是對于海洋維權(quán)、海洋開發(fā)和海洋資源保護(hù)具有重要意義；根據(jù)功能和使命的不同，地球遙感探測衛(wèi)星可以劃分為L、S、C、X等多種頻段，L、S、C、X頻率逐漸升高，頻率越高穿透力越差，頻率越低穿透力越強(qiáng)。假如我們用這四種頻段來看一顆樹，X頻段只能用它來看樹梢；L、S頻段只能用它來看樹根；而C頻段介于兩者之間，能看到地表到樹干，尤其利用這個頻段對海洋環(huán)境和目標(biāo)進(jìn)行探測的優(yōu)勢就更加突出。打個比方，醫(yī)生分為中醫(yī)和西醫(yī)，在醫(yī)學(xué)診斷中，中醫(yī)通過“望”看外在表象診斷病情，如果我們把可見光遙感比喻為中醫(yī)看病的話，那么，高分-3就是西醫(yī)中的B超，可以一下子洞察到人體內(nèi)部的各種變化和信息。

記者：高分-3創(chuàng)造了我國乃至世界微波遙感衛(wèi)星發(fā)展史上的多個第一，填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)外空間技術(shù)發(fā)展的空白，衛(wèi)星的發(fā)射成功和應(yīng)用，充分彰顯了中國航天的科研實(shí)力和研制能力。

張慶君：是的。高分-3衛(wèi)星2011年完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和方案階段的設(shè)計(jì)工作，2012年工程立項(xiàng)，歸納起來，衛(wèi)星研制工程有五大特點(diǎn)。

一是新體制、定量化。與以往研制的衛(wèi)星相比，由于該衛(wèi)星所承擔(dān)的任務(wù)和用途不同，為使其獲取更多的信息，采用了全新的體制和多極化的設(shè)計(jì)，使得衛(wèi)星可以盡可能把來自于各方面的信息都收集起來，傳遞給地面，從而為全方位獲取地表的4種極化信息提供依據(jù)。高分-3的分辨率可以達(dá)到1m，是世界上分辨率最高的C頻段多極化衛(wèi)星。同時，高分-3獲取的微波圖像性能高，不僅可以得到目標(biāo)的幾何信息，還能支持用戶的高定量化反演應(yīng)用。

二是多模式、多功能。高分-3有12種工作模式，是世界上工作模式最多的合成孔徑雷達(dá)遙感衛(wèi)星。它不但可以對陸地觀測、也能對海洋觀測；不但能夠大范圍的普查，也能夠?qū)μ囟ǖ哪繕?biāo)進(jìn)行詳查；不但能夠看到目標(biāo)，還能夠?qū)δ繕?biāo)精確測量；具有全天候、全天時、全方位的特點(diǎn)。因此，說它是“太空多面手”恰如其分。值得一提的是，我國是一個自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，天基信息系統(tǒng)建設(shè)的任務(wù)繁重，這種“一星多用”，一次發(fā)射，多方受益的設(shè)計(jì)思路，也充分彰顯了中國航天一直堅(jiān)持和實(shí)踐的少花錢、多辦事的“中國特色”。

三是長時間、大功率。我們知道，衛(wèi)星的載荷能力是由功率決定的。高分-3的功率達(dá)萬瓦級，可以獲取高性能的微波圖像。同時高分-3是我國首顆連續(xù)成像時間達(dá)到近小時量級的合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，極大地提高了衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)的能力。

四是大尺度、高精度。高分-3是我國低地球軌道上第一顆超尺度、大翼展衛(wèi)星，衛(wèi)星的天線有15m長，2個太陽電池翼展開后，衛(wèi)星的翼展達(dá)18m。超尺寸、大翼展給衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)驗(yàn)證、定姿定軌和在軌運(yùn)行穩(wěn)定性等等都帶來了巨大的挑戰(zhàn)，研制如此超尺度、大翼展的衛(wèi)星，在中國空間技術(shù)發(fā)展史上從未有過。在大尺度的基礎(chǔ)上，衛(wèi)星需要實(shí)現(xiàn)高姿態(tài)穩(wěn)定度、高天線型面精度和溫控精度，這在以往衛(wèi)星研制中也是少有的。

五是長壽命。高分-3是我國低地球軌道上第一顆設(shè)計(jì)壽命達(dá)8年的衛(wèi)星。此前，我國低地球軌道上的衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命最長為5年，而高分-3則增加了近一倍。長壽命使得衛(wèi)星可以獲取更多的觀測數(shù)據(jù)，極大地提升衛(wèi)星效益。

記者：研制這樣一顆高難度、上臺階的衛(wèi)星，對于中國航天來說是一次巨大的挑戰(zhàn)，研制隊(duì)伍是怎樣戰(zhàn)勝困難，實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越，滿足用戶要求，出色完成任務(wù)的？

張慶君：正如你所說的，高分-3的研制工程對于研制隊(duì)伍來說，是從未面對的領(lǐng)域，從未經(jīng)歷的挑戰(zhàn)，從未遇到的考驗(yàn)。5年來，研制隊(duì)伍堅(jiān)決貫徹落實(shí)國防科技工業(yè)局，工程總體，中國航天科技集團(tuán)公司及其所屬中國空間技術(shù)研究院的各項(xiàng)要求，在嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)規(guī)定，充分繼承借鑒以往衛(wèi)星工程研制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)參研隊(duì)伍創(chuàng)新開拓，狠抓落實(shí)，為型號的成功奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1）技術(shù)創(chuàng)新破難關(guān)。高分-3的使命是為用戶提供一顆服務(wù)領(lǐng)域廣，服務(wù)質(zhì)量好的應(yīng)用衛(wèi)星，如果滿足不了用戶的要求，研制出來的衛(wèi)星不好用，一切都是零。5年來，我們按照國防科技工業(yè)局“‘高分’系統(tǒng)凱歌要奏在應(yīng)用上”的要求，矢志攻關(guān)，潛心落實(shí)，研制高水平、高性能衛(wèi)星，履行為用戶提供高品質(zhì)服務(wù)的使命，一刻也不敢懈怠。實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的首要關(guān)鍵在于掃清技術(shù)障礙?？梢哉f，高分-3研制過程是一個不斷探索突破，不斷創(chuàng)新實(shí)踐的過程。在工作中，參研團(tuán)隊(duì)面對全新的領(lǐng)域和用戶嚴(yán)苛的要求，瞄準(zhǔn)國際一流集智創(chuàng)新，通過破解關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的功能性能，通過技術(shù)創(chuàng)新來更好地體現(xiàn)為用戶做好服務(wù)上。我們先后攻克了低軌道衛(wèi)星長壽命高可靠設(shè)計(jì)、分析及驗(yàn)證技術(shù)，大撓性高精度高穩(wěn)定衛(wèi)星控制技術(shù)，高品質(zhì)萬瓦級脈沖大功率電源及多母線供電技術(shù)，衛(wèi)星機(jī)電熱一體化、數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)及制造技術(shù)，輕量化、雙極化共壁波導(dǎo)縫隙天線技術(shù)，大功率、C頻段四通道T/R組件技術(shù)，大型相控陣天線高功率合成及高精度指向技術(shù)，陸海兼容多模式、多極化成像技術(shù)，大型面陣及機(jī)構(gòu)高精度裝配、展開及面型控制技術(shù)，合成孔徑雷達(dá)成像性能地面仿真及驗(yàn)證技術(shù)等為代表的50多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，多項(xiàng)技術(shù)添補(bǔ)了國內(nèi)和國際空白，這些關(guān)鍵技術(shù)的突破，不僅使我國低軌道高分辨率多極化雷達(dá)成像衛(wèi)星研制技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，還為衛(wèi)星更好地滿足用戶需求，提供了可靠的保證，開辟了一個全新的衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域。

2）科學(xué)管理無縫隙。在衛(wèi)星研制中，我們嚴(yán)格按照項(xiàng)目管理程序科學(xué)組織實(shí)施，通過優(yōu)化管理流程，加強(qiáng)過程控制，保證了研制的進(jìn)度和質(zhì)量。舉個優(yōu)化研制流程的例子：衛(wèi)星的方向圖有近百萬個波位，在進(jìn)行衛(wèi)星常規(guī)測試中，要求全部都要測到，而測一個波位需要5～6h，近百萬個波位加起來所需要的時間是個天文數(shù)字。為在規(guī)定的有限時間里完成衛(wèi)星研制任務(wù)，又滿足測試要求，我們大膽轉(zhuǎn)變工作思路，進(jìn)行項(xiàng)目流程優(yōu)化，提升測試手段，采用“金字塔”、“積木式”的測試方式，變集中測試為分段逐級測試，從而實(shí)現(xiàn)了對需測波位的全面覆蓋，僅用兩個月就完成了以往需要一年才能完成的測試任務(wù)，最大限度地節(jié)省了測試時間，保證了測試質(zhì)量。再舉一個加強(qiáng)過程控制的例子：衛(wèi)星上攜帶的國內(nèi)首個星載4通道C頻段大面陣天線載荷收發(fā)組件，集成度高、全自主研制，該產(chǎn)品對確保衛(wèi)星應(yīng)用非常關(guān)鍵，其中任何一個點(diǎn)出問題，都將給型號進(jìn)度和衛(wèi)星的質(zhì)量帶來嚴(yán)重的影響。為確保萬無一失，我們在進(jìn)行方案優(yōu)化和系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，從元器件設(shè)計(jì)源頭開始，就嚴(yán)格按照宇航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制和組織生產(chǎn)，連一個元器件、一個焊點(diǎn)、一顆螺絲釘、一個環(huán)節(jié)都不放過。為嚴(yán)格管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過程中，我多次前往廠家實(shí)地檢查執(zhí)行過程及質(zhì)量控制情況，特別是仔細(xì)檢查工作細(xì)節(jié)和工藝，真正做到眼見為實(shí)，從而避免造成反復(fù)和無用功，實(shí)現(xiàn)了一次成功。

3）密切協(xié)同全方位。為打造高水平的衛(wèi)星，我們中國空間技術(shù)研究院抓總，聯(lián)合中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、南京電子技術(shù)研究所等國內(nèi)優(yōu)勢單位共同參與衛(wèi)星相關(guān)分系統(tǒng)的研制；同時衛(wèi)星的主用戶包括國家海洋局、民政部、水利部、中國氣象局以及十幾個行業(yè)，各個用戶的要求都各不相同。面對這種特點(diǎn)，我們始終堅(jiān)持中國航天“有問題共同商量，有困難共同克服，有余量共同掌握，有風(fēng)險(xiǎn)共同承擔(dān)”的“四個共同”的工作理念，以寬廣的胸懷與協(xié)作單位一起，為著共同的目標(biāo)奮斗。承擔(dān)高分-3微波遙感器載荷研制的單位在國內(nèi)也可謂行業(yè)的“武林高手”，但研制這樣一顆高水平的微波遙感衛(wèi)星，對他們來說也是第一次，同樣面臨著巨大的困難和考驗(yàn)。當(dāng)他們在研制中遇到技術(shù)難點(diǎn)和困惑的時候，我們就多次主動靠上去，一起幫助他們分析技術(shù)細(xì)節(jié)，優(yōu)化技術(shù)和管理，協(xié)助他們解決困難，為他們完成任務(wù)提供了有力的支撐。

4）風(fēng)險(xiǎn)管控全過程。研制隊(duì)伍始終堅(jiān)持階段性風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判分析制度，對于衛(wèi)星研制過程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，做到精準(zhǔn)預(yù)判，精確對策，精心化解。階段性風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判分析制度的建立，有效規(guī)避了研制風(fēng)險(xiǎn)，保證了進(jìn)度和質(zhì)量。比如，由于該衛(wèi)星是我國第一顆低地球軌道長壽命衛(wèi)星，圍繞著確保衛(wèi)星壽命，我們在提高衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)水平，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時，抽調(diào)技術(shù)骨干，關(guān)起門來進(jìn)行了多輪風(fēng)險(xiǎn)分析工作，梳理出了數(shù)十項(xiàng)影響和制約衛(wèi)星長壽命的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)，在通過充分試驗(yàn)驗(yàn)證摸清機(jī)理的基礎(chǔ)上，逐條完善了應(yīng)對措施。根據(jù)過往衛(wèi)星工程的經(jīng)驗(yàn)，星用元器件、原材料是影響衛(wèi)星長壽命的重要因素。為降低由于元器件、原材料給衛(wèi)星壽命帶來的風(fēng)險(xiǎn)，我們組織力量通過調(diào)研其他型號、深入生產(chǎn)廠家調(diào)研工藝過程、查對各種資料等形式，下功夫進(jìn)行數(shù)百種元器件、原材料的摸底工作。在摸清元器件、原材料的空間性能、在軌應(yīng)用狀況等各種數(shù)據(jù)的同時，借助各種平臺，多角度地進(jìn)行單機(jī)、組件和材料的壽命、性能試驗(yàn)，盡可能掌握第一手基線數(shù)據(jù)，制訂科學(xué)選用措施，以最大限度地規(guī)避使用的風(fēng)險(xiǎn)。同時，我們還加強(qiáng)和改進(jìn)了多項(xiàng)工藝和處理方法，以確保衛(wèi)星長時間在軌運(yùn)行，在太空環(huán)境下元器件、原材料老化、退化的情況下，也能最大限度地發(fā)揮性能。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和有針對性的有效質(zhì)量控制，為確保衛(wèi)星研制任務(wù)的按期完成和長壽命奠定了基礎(chǔ)。

5）試驗(yàn)驗(yàn)證全覆蓋。為達(dá)到設(shè)計(jì)性能，實(shí)現(xiàn)研制長壽命衛(wèi)星的要求，我們的理念是試驗(yàn)驗(yàn)證沒有選項(xiàng)，按要求、按規(guī)范、按程序、按標(biāo)準(zhǔn)，該做的試驗(yàn)一項(xiàng)不減，該完成的步驟一個也不省，該達(dá)到的指標(biāo)一點(diǎn)也不能差。在衛(wèi)星研制過程中，我們按要求完成了單機(jī)軟硬件產(chǎn)品研制、試驗(yàn)和測試驗(yàn)證，分系統(tǒng)試驗(yàn)和分系統(tǒng)間聯(lián)試，衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)部裝、總裝、電性能綜合測試、大型試驗(yàn)等總裝、集成和測試（AIT）工作。與此同時，重點(diǎn)圍繞8年壽命進(jìn)行了大量的專項(xiàng)試驗(yàn)和可靠性專項(xiàng)試驗(yàn)，不少單機(jī)和部件的試驗(yàn)在衛(wèi)星工程立項(xiàng)之前就開始了。作為目前國內(nèi)翼展最大的衛(wèi)星，高分-3的太陽電池翼及雷達(dá)天線展開機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證是確保能否成功展開、能否可靠應(yīng)用的關(guān)鍵。為做到驗(yàn)證充分，我們創(chuàng)新研制了地面設(shè)備，探索了一系列試驗(yàn)方法，保證了在多種情況下試驗(yàn)的成功。通過利用科學(xué)手段進(jìn)行仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，為型號的成功加上了“保險(xiǎn)鎖”。

6）“工匠精神”礪“新軍”。人力資源管理是項(xiàng)目管理的重要內(nèi)容之一。任務(wù)、計(jì)劃、進(jìn)度、質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)等管理中很重要的一點(diǎn)是讓合適的人干合適的事。研制低軌道長壽命、高分辨率微波遙感衛(wèi)星，對于高分-3研制隊(duì)伍來講，無論是老同志還是新同志，都是“新人”，面對的都是新領(lǐng)域、新課題、新挑戰(zhàn)。為了磨礪一支能打硬仗的隊(duì)伍，5年多來，我們始終堅(jiān)持用航天傳統(tǒng)精神激勵隊(duì)伍，用探索未知領(lǐng)域，不怕艱難困苦，追求完美極致工作狀態(tài)要求隊(duì)伍，努力培育精細(xì)、精心、精湛的“工匠精神”，在隊(duì)伍中形成了求深求實(shí)、盡善盡美的良好文化。同時，實(shí)行技術(shù)問題集體把關(guān)，工作難點(diǎn)集體研究，重要工作提前預(yù)案，關(guān)鍵環(huán)節(jié)明確對策等做法，這些做法對于發(fā)揮集體的智慧，避免一人水平代表整個衛(wèi)星的水平，對于啟發(fā)群體的思維，提升隊(duì)伍整體水平，牽引隊(duì)伍盡快成長起到了至關(guān)重要的作用，使我們的團(tuán)隊(duì)在重大航天工程任務(wù)中得到快速成長。

在采訪結(jié)束的時候，張慶君總師說，高分-3的研制成功是國防科技工業(yè)局、中國航天科技集團(tuán)公司科學(xué)決策、正確領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)果，是中國空間技術(shù)研究院有力科學(xué)組織以及各參研單位共同努力的結(jié)果，在此表示衷心的感謝。同時他說，高分-3發(fā)射成功只是“萬里長征”的新起點(diǎn)，確保衛(wèi)星成功應(yīng)用和8年壽命，研制隊(duì)伍和應(yīng)用單位都懷著同樣的使命，面臨著共同的考驗(yàn)。我們將與有關(guān)單位，特別是地面應(yīng)用單位一起，再接再厲，并肩戰(zhàn)斗，讓衛(wèi)星更好地為服務(wù)用戶、造福社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，書寫我國微波遙感衛(wèi)星應(yīng)用新領(lǐng)域的新篇章。

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