高轨“天眼”诞生记

　　刘淮宇

　　自2015年12月29日成功发射以来，备受瞩目的高分四号卫星经历了为期一周的“太空旅行”。1月5日，它发来了亲自拍摄的第一张“明信片”，成像效果良好，达到预期目标。

　　作为国家高分辨率对地观测系统重大专项中首颗高轨光学遥感卫星，高分四号卫星因何而生，经历了怎样的研制过程，未来应用前景如何，记者就此进行了采访。

　　优势独具 应运而生

　　作为国家16个重大科技专项之一，高分辨率对地观测系统不仅是“天眼工程”、“创新工程”，更是服务经济建设和社会发展的“应用工程”。2013年和2014年，高分一号、高分二号卫星相继发射并投入使用，标志着我国遥感卫星应用进入了一个新阶段，高分二号卫星的空间分辨率首次精确到１米以内，更是引领中国卫星遥感进入亚米级时代。

　　低轨遥感卫星空间分辨率高，看得更清，但一次成像观测视野较小，对固定区域重访所需周期较长，时间分辨率较低。高轨遥感卫星恰恰可以弥补低轨遥感卫星的这些不足，两者结合使用才能发挥出更大效益。正是由于这种需要，高分四号卫星被纳入高分专项工程计划，于2012年正式立项，开始工程研制。

　　高分四号卫星总指挥兼总设计师李果介绍，此次发射的高分四号卫星运行轨道距离地面约36000千米，是高分一号、高分二号卫星轨道的50倍，站得更高，因而可以看得更广。更为重要的是，它可以长期驻留在固定区域上空，对中国及周边地区进行接近实时的高频次重复观测和多热点地区快速巡查，“直播”地面上的情况变化。

　　高分四号采用了我国首个高轨遥感卫星平台和首个高轨高分辨率对地观测光学遥感相机，可见光近红外谱段分辨率为50米，中波红外谱段分辨率为400米，实现了高时间分辨率和较高空间分辨率的有机结合。

　　“在实际应用中，可以先由高分四号在高处定位目标区域，然后让运行在低轨、空间分辨率更高的高分一号和二号卫星对目标区域进行重点观测，达到1+1＞2的效果，更好地提供观测服务。”李果说。

　　难关重重 逐一攻破

　　高分四号卫星副总设计师张胜介绍，早在2006年左右，国际卫星遥感领域就提出了研制“站得高、看得广”的高轨光学遥感卫星的思路，欧洲一家宇航公司提出了卫星研制计划，但受制于应用需求不足等原因至今没有完成研制并发射。

　　“十一五”初期，着眼高分专项工程高分辨率对地观测系统实际需要，五院率先开始了高轨遥感卫星的工程预先研究工作。研制团队确定了高轨光学遥感卫星总体设计、卫星姿态快速机动与高稳定控制、高轨遥感卫星长寿命高可靠、高稳定一体化结构设计等6项关键技术，组织力量进行逐一攻关。

　　这些关键技术都是根据高分四号卫星运行在高轨的特殊工作环境，还要实现相机对地高精度观测成像的要求梳理出来的，无论在国内还是在国际上都算是攻关难度极大的技术领域。

　　以高轨光学遥感卫星总体设计技术攻关为例，高分四号卫星研制团队无法照搬原有的低轨遥感卫星平台进行设计，最终在通信卫星平台基础上集通信、遥感、导航卫星技术之大成，突破了总体设计关键技术，设计出了我国首个高轨遥感卫星平台。该平台可成功应对卫星工作环境恶劣复杂、相机成像质量要求高、工作模式稳定度难以保证等方面的挑战，使得高分四号相机“骨骼硬、端得稳、拍得清”。

　　李果介绍，在整个卫星约200台套产品中，诸如高轨高分辨率对地观测光学遥感相机这样的新产品占到了33台套，约占产品总数的1/6，这些数据从一定程度上反映了这颗卫星的研制难度和创新性。

　　2015年3月，航天科技集团五院508所相机研制团队经过春节加班连轴转，终于顺利交付相机正样产品，这为高分四号卫星按计划实施后续工作、在年底发射奠定了坚实基础。

　　多方协同 共商应用

　　2015年11月，高分四号卫星通过空运抵达西昌卫星发射中心。在此之前，卫星在北京进行了为期8个月电性能测试、大型力学试验和热试验，对近30种卫星工作模式、上百种故障模式进行了细致测试。

　　由于前期工作比较扎实，卫星在发射场测试期间没有发现任何质量问题，与成熟火箭长三乙的星箭接口对接工作也十分顺利。在卫星测试厂房的一块发射场工作流程图上，每完成一项工作就会在上面盖上一个红旗戳，最后一个环节就是“卫星发射”。

　　“卫星设计得再好，最终还是为了应用。”在高分四号卫星工程总师于登云看来，卫星研制出来并实施发射只是卫星发挥其效用的第一步，必须高度重视地面系统和应用系统工作，梳理清楚数据应用流程，最大程度上方便用户使用，满足用户的需要。

　　正因为如此，卫星尚未发射，各方对于卫星数据应用的探讨已经进行了好几轮。

　　高分四号卫星的用户包括减灾、林业、地震、气象等方面。利用定点于赤道上空对中国及周边区域持续观测和快速指向调整的优势，这颗卫星既可以对国土植被覆盖、地震预警进行常规普查，还能在灾害、特殊天气变化发生的第一时间对相关区域进行接近实时的跟踪观测。

　　国家卫星气象中心研究员张志清对高分四号卫星数据在气象领域的应用十分期待：“利用高分四号卫星50米分辨率遥感相机，可对云的微物理变化过程进行实时观测，这对于我们加深对天气变化的研究、提高天气预报精准度都将产生积极影响。”