我國首批0.5米級(jí)商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星高景-1年底發(fā)射

本刊記者 齊真 本刊特約記者 詹桓 李黎

我國首批0.5米級(jí)商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星高景-1年底發(fā)射

China's First 0.5m Commercial Remote-sensing Satellites SuperView-1 Set to Be Launched

本刊記者 齊真 本刊特約記者 詹桓 李黎

2016年，中國航天發(fā)射進(jìn)入了高峰期，完成了不少重大航天任務(wù)。時(shí)至年末收官之際，中國航天的熱度仍未消退，又相繼發(fā)射多顆影響力較大的衛(wèi)星。12月下旬，我國即將以“一箭雙星”方式發(fā)射首批具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)遙感衛(wèi)星高景-1；另外，我國還將發(fā)射“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星”，進(jìn)一步發(fā)展我國溫室氣體監(jiān)測(cè)能力。此前的11月22日，我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)又添一顆天鏈-1的04星，該星堪與世界一流衛(wèi)星比肩；12月11日，我國成功發(fā)射了具有國際先進(jìn)水平的首顆第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云-4；還有，9月發(fā)射的天宮-2空間實(shí)驗(yàn)室上的14項(xiàng)科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)已取得初步成果。借此契機(jī)，本刊特推出中國航天專題，以饗讀者。

中國航天科技集團(tuán)公司著力打造的商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)高景—1（SuperView—1）的01組星將于2016年12月下旬以“一箭雙星”方式發(fā)射。高景—1的01組星由2顆相同的光學(xué)小衛(wèi)星組成，分辨率達(dá)到0.5m，一旦正式投入運(yùn)營，將意味著我國終于擁有屬于自己的0.5米級(jí)國產(chǎn)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，拿到衛(wèi)星遙感國際主流市場(chǎng)的入場(chǎng)券。

1 應(yīng)運(yùn)而生

近年來，商業(yè)衛(wèi)星遙感得到了蓬勃發(fā)展，高分辨率的精細(xì)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)展已成為主流，空間數(shù)據(jù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率不斷提高。然而，在全球高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)市場(chǎng)上，亞米級(jí)高分辨率衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)仍被國外壟斷，我國高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口；民用高分辨率遙感衛(wèi)星技術(shù)及商業(yè)化應(yīng)用方面仍處于相對(duì)落后的狀態(tài)，成為我國航天遙感的一大“短板”。

2015年，我國出臺(tái)《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》，明確指出，將按照商業(yè)化模式發(fā)展優(yōu)于1m分辨率的遙感衛(wèi)星；國家“一帶一路”戰(zhàn)略也明確提出要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信息互通。這些都為衛(wèi)星遙感的商業(yè)化發(fā)展和國際化拓展帶來了機(jī)遇。

面對(duì)國家政策的支持和日益旺盛的市場(chǎng)需求，中國航天科技集團(tuán)公司于2015年提出，于2022年左右建成一個(gè)“16+4+4+X”的先進(jìn)的商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括16顆0.5m分辨率光學(xué)衛(wèi)星、4顆高端光學(xué)衛(wèi)星、4顆微波衛(wèi)星以及若干顆視頻小衛(wèi)星和高光譜小衛(wèi)星。

此次發(fā)射的高景-1衛(wèi)星由航天東方紅衛(wèi)星有限公司負(fù)責(zé)抓總研制，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心負(fù)責(zé)地面系統(tǒng)，衛(wèi)星完成發(fā)射并在軌測(cè)試后，交付四維高景衛(wèi)星遙感有限公司運(yùn)營。它將為全球用戶提供高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜觀測(cè)能力的對(duì)地觀測(cè)的遙感數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)解決方案服務(wù)，以及針對(duì)國土資源調(diào)查、測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)、金融保險(xiǎn)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的增值服務(wù)。

2 國際一流

衛(wèi)星平臺(tái)與有效載荷

高景-1的01組星由2顆衛(wèi)星組成，運(yùn)行于高530km、降交點(diǎn)地方時(shí)10：30AM的太陽同步軌道（SSO），衛(wèi)星采用CAST3000B平臺(tái)，單星質(zhì)量約為500kg，設(shè)計(jì)壽命為5～8年。2顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)后，可針對(duì)全球南北緯80°之間實(shí)現(xiàn)4天的重訪周期。衛(wèi)星可以提供優(yōu)于0.02°(三軸，3σ)的姿態(tài)指向精度，0.001°/s（三軸，3σ）的姿態(tài)穩(wěn)定度以及30°/20s（含穩(wěn)定）、120°/47s（含穩(wěn)定）的姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力。

衛(wèi)星裝有1臺(tái)高性能光學(xué)相機(jī)，星下點(diǎn)全色和多光譜分辨率分別達(dá)到0.5m和2m，幅寬12km，調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）為0.158(靜態(tài))/0.09(動(dòng)態(tài))、信噪比（SNR）最大大于48dB，圖像質(zhì)量指標(biāo)與國際同等高水平衛(wèi)星相當(dāng)，國內(nèi)指標(biāo)領(lǐng)先。利用衛(wèi)星的高敏捷機(jī)動(dòng)性能可實(shí)現(xiàn)5條帶圖像拼接(60km×70km)、3視角立體成像，以及同軌連續(xù)多目標(biāo)成像等7種成像模式，其性能與法國的昴宿星-1（Pleiades-1）等商業(yè)遙感衛(wèi)星水平相當(dāng)。衛(wèi)星提供X頻段的下行數(shù)傳通道，可實(shí)現(xiàn)傳輸碼速率單/雙通道450Mbit/s，最高可達(dá)900Mbit/s。

典型成像模式

高景-1衛(wèi)星具備突出的敏捷性，具有星下點(diǎn)成像、側(cè)擺成像、連續(xù)條帶、多條帶拼接、立體成像、多目標(biāo)成像等多種工作模式。

（1）多條帶拼接成像模式

多條帶拼接成像模式是敏捷成像類型衛(wèi)星特有的模式之一，衛(wèi)星根據(jù)成像指令，利用俯仰和滾動(dòng)方向姿態(tài)機(jī)動(dòng)進(jìn)行若干次準(zhǔn)平行且圖像間有一定搭接的成像。該模式主要是滿足大幅寬用戶需求，可在一軌內(nèi)完成對(duì)一個(gè)大型城市成像。

利用衛(wèi)星敏捷能力，高景-1可實(shí)現(xiàn)最多5條帶拼接成像，成像區(qū)域?yàn)?0km×70km。

多條帶拼接成像模式

高景—1衛(wèi)星構(gòu)型示意圖（左圖為發(fā)射狀態(tài)，右圖為運(yùn)行狀態(tài)）

（2）多目標(biāo)成像模式

該模式是衛(wèi)星按照成像指令要求，在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)可覆蓋范圍內(nèi)對(duì)所需要的目標(biāo)進(jìn)行成像，成像條帶長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。該模式可提高衛(wèi)星快速響應(yīng)能力，應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件和緊急任務(wù)需求；同時(shí)，也可為小區(qū)塊成像需求提供服務(wù)。

多目標(biāo)成像模式單個(gè)目標(biāo)范圍為12～24km（距離）×500km（方位），一軌內(nèi)可實(shí)現(xiàn)8個(gè)目標(biāo)的成像。

多目標(biāo)成像模式

（3）立體成像模式

衛(wèi)星根據(jù)成像指令，在可成像范圍內(nèi)對(duì)指定長(zhǎng)度的區(qū)域，利用俯仰和滾動(dòng)方向姿態(tài)機(jī)動(dòng)，從不同的角度進(jìn)行3次重復(fù)地面軌跡成像，形成立體圖像。該模式設(shè)計(jì)目的是滿足立體成像和測(cè)繪制圖用戶需求。

利用衛(wèi)星敏捷能力可以實(shí)現(xiàn)同場(chǎng)景的3視觀測(cè)，成像區(qū)域?yàn)?2～24km×120km。

立體成像模式

（4）連續(xù)條帶成像模式

該成像模式主要是在完成用戶對(duì)特定區(qū)域的成像任務(wù)后，積累全球范圍的圖像數(shù)據(jù)。成像過程中，衛(wèi)星可側(cè)擺不同角度成像（0°～±45°），單軌成像區(qū)域?yàn)?2～24km×4200km。

連續(xù)條帶成像模式

3 技術(shù)特點(diǎn)

高景-1衛(wèi)星最為突出的技術(shù)特點(diǎn)為高敏捷性和高集成度、小型化。

高敏捷機(jī)動(dòng)能力

作為敏捷衛(wèi)星，高景-1與普通衛(wèi)星的重要區(qū)別就是機(jī)動(dòng)性能好，一是轉(zhuǎn)得快，二是穩(wěn)得好。這兩個(gè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的過程中是存在一定的矛盾的，尤其是在慣量比較小的衛(wèi)星上。為了解決這個(gè)問題，研制團(tuán)隊(duì)采用了變速控制力矩陀螺（VSCMG），集合了控制力矩陀螺大的力矩輸出和飛輪高的力矩輸出精度的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)與高穩(wěn)定度的綜合指標(biāo)，同時(shí)還可以很好的避免控制力矩陀螺群控制率的奇異性問題，這也是目前敏捷小衛(wèi)星最優(yōu)的解決方案。研制團(tuán)隊(duì)采用的國產(chǎn)小型化變速控制力矩陀螺產(chǎn)品是國內(nèi)首次在軌應(yīng)用，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如微型長(zhǎng)壽命高速軸系、高精度角位置測(cè)量以及高精度伺服控制技術(shù)等。同時(shí)，針對(duì)小衛(wèi)星的應(yīng)用需求，還進(jìn)行了產(chǎn)品的輕小型化設(shè)計(jì)，滿足了輕型平臺(tái)對(duì)質(zhì)量、功耗的限制要求。

高集成度、小型化

衛(wèi)星平臺(tái)大量采用了自主投入研制的先進(jìn)的智能芯片SOC、SIP、MEU等，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)功能和智能化設(shè)備，大幅度提高了產(chǎn)品的智能化和自主化水平，形成了標(biāo)準(zhǔn)化和輕量化的產(chǎn)品體系。高景-1衛(wèi)星平臺(tái)利用高度集成的智能化芯片，把單機(jī)集成為單板，通過開展電源管理和配電模塊集成、應(yīng)用小型化應(yīng)答機(jī)等設(shè)計(jì)，最終使得衛(wèi)星的平臺(tái)載重比提高到近50%。智能化芯片的應(yīng)用，還提高了調(diào)試過程的靈活性，為后續(xù)大批量的生產(chǎn)研制提供了很好的技術(shù)保障，提高了整個(gè)流程的效率。

4 面向商用

高景-1衛(wèi)星是我國第一批面向商業(yè)用途的0.5米級(jí)高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是中國航天科技集團(tuán)公司積極響應(yīng)國家對(duì)商業(yè)遙感衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的號(hào)召、順應(yīng)國際商業(yè)遙感新趨勢(shì)自主啟動(dòng)的商業(yè)遙感衛(wèi)星星座的第一階段建設(shè)目標(biāo)。

對(duì)于一個(gè)面向商業(yè)應(yīng)用的遙感衛(wèi)星，市場(chǎng)和用戶的需求是衛(wèi)星設(shè)計(jì)和研制的重要依據(jù)。“商業(yè)”、“市場(chǎng)”這些主題詞貫穿了“高景”衛(wèi)星的研制始終，圍繞這樣的主旨，研制團(tuán)隊(duì)從兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)保障。

“好用”、“易用”的衛(wèi)星

為保證高景-1衛(wèi)星“好用”、“易用”，研制團(tuán)隊(duì)在衛(wèi)星任務(wù)需求分析階段就組織專業(yè)技術(shù)人員針對(duì)國際主流的商業(yè)遙感衛(wèi)星進(jìn)行方案搜集、指標(biāo)分析、應(yīng)用和用戶的調(diào)研，匯集了衛(wèi)星遙感市場(chǎng)上具有重要市場(chǎng)價(jià)值的用戶需求，綜合確定了高景-1衛(wèi)星“好用”的技術(shù)指標(biāo)和方案。

“易用”，如果等到寫“用戶說明”的時(shí)候再考慮，那就太晚了。在衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)初期，研制隊(duì)伍就與用戶緊密溝通，將用戶的需求消化到設(shè)計(jì)的方方面面，用技術(shù)、用設(shè)計(jì)來保障“易用”。比如，研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了面向任務(wù)的指令模板，用戶無需關(guān)心成像任務(wù)中衛(wèi)星姿態(tài)具體完成哪些動(dòng)作，相機(jī)和數(shù)傳應(yīng)用哪些指令，只要調(diào)用相應(yīng)指令模板即可輕松完成任務(wù)。同時(shí)，指令模板還支持在軌修改和上注；比如，衛(wèi)星的測(cè)控、星務(wù)、姿控、電源等都具有自主健康檢查、故障自主診斷、隔離和恢復(fù)的功能，大大減輕了在軌維護(hù)的難度；再比如，衛(wèi)星平臺(tái)的所有CPU軟件都具有上注或修改的能力，等等。這些智能化、自主化、可維護(hù)的設(shè)計(jì)在“高景”衛(wèi)星中隨處可見，也正是這些細(xì)致入微的設(shè)計(jì)，使得“高景”衛(wèi)星界面非常友好，可以幫助用戶更加輕松地完成運(yùn)營任務(wù)、更加充分地發(fā)掘遙感衛(wèi)星的應(yīng)用價(jià)值。

成本合理、流程優(yōu)化的衛(wèi)星

商業(yè)對(duì)成本非常敏感，衛(wèi)星的研制成本直接關(guān)系到用戶的收益，關(guān)系到圖像產(chǎn)品的最終價(jià)格和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。研制團(tuán)隊(duì)從優(yōu)化衛(wèi)星的系統(tǒng)配置上“省”成本，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上“省”空間，從研制流程上“省”時(shí)間，在保證產(chǎn)品可靠性和任務(wù)成功的基礎(chǔ)上，科學(xué)地“省”，這種“省”的思路也使得研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了中國空間技術(shù)研究院衛(wèi)星研制的新記錄，在17個(gè)月內(nèi)圓滿完成了2顆全新衛(wèi)星的研制任務(wù)。

5 后續(xù)發(fā)展

根據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司的規(guī)劃，將以高景-1為基礎(chǔ)建設(shè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。2017年，第3顆和第4顆高景-1也將發(fā)射入軌，屆時(shí)，4顆0.5米級(jí)高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星將實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，持續(xù)不斷地為用戶提供數(shù)據(jù)。到2022年，將建成性能先進(jìn)、規(guī)模較大的商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星星座，不僅可為測(cè)繪、國土資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，而且有望激發(fā)大量的行業(yè)用戶和大眾消費(fèi)需求，推動(dòng)衛(wèi)星遙感的商業(yè)化發(fā)展。