中國首顆地球同步軌道高分辨率光學衛星高分－4入軌

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中國首顆地球同步軌道高分辨率光學衛星高分－4入軌

China Launches First GSO High-resolution Optical Imaging Satellite GF－4

2015年12月29日，我國在西昌衛星發射中心用長征－3B運載火箭成功發射了高分－4衛星。該衛星是我國首顆地球同步軌道高分辨率對地觀測光學成像衛星，空間分辨率為50m，它填補了我國乃至世界高軌道高分辨率光學遙感衛星的空白。

1 “高分”家族添新丁

高分－4衛星是我國高分辨率對地觀測系統重大專項（簡稱“高分”專項）首顆高軌高分辨率對地觀測光學成像衛星，也是目前世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛星。高分－4可見光近紅外譜段分辨率優于50m，可觀測面積大，能長期對某一地區固定連續觀測，在氣象觀測、應急救災、環境保護、森林災害監測等動態實時監測要求高的領域有很高的應用價值，可成為現有太陽同步軌道對地觀測體系的重要補充。

2010年5月，“高分”專項全面啟動。其天基對地觀測平臺將包含十余顆衛星。2013年4月，“高分”專項的首發星——高分－1成功發射，該衛星具有高、中空間分辨率對地觀測和大幅寬成像結合的特點，2m分辨率全色和8m分辨率多光譜圖像組合幅寬優于60km，16m分辨率多光譜圖像組合幅寬優于800km，為國際同類衛星觀測幅寬的最高水平；2014年8月，全色分辨率達0.8m的高分－2成功發射，將我國遙感衛星空間分辨率帶進亞米時代。2015年6月和9月，我國分別成功發射高分－8和9。相較于上述4顆低軌“高分”系列衛星，高分－4的優勢在于其分鐘級的高時間分辨率，并結合了較高的空間分辨率。

鏈接：2006年，我國將高分辨率對地觀測系統重大專項列入《國家中長期科學與技術發展規劃綱要（2006－2020年）》，是當年部署的16個重大專項之一?！案叻帧睂ｍ棇⒔ㄔO基于衛星、平流層飛艇和飛機的高分辨率對地觀測數據獲取系統，完善相應的接收、處理和應用系統，與其他觀測手段相結合，形成全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力。到2020年，建成先進的陸地、大氣和海洋對地觀測系統，為現代農業、防災減災、資源環境、公共安全等重大領域提供服務，確保掌握信息資源自主權，促進形成空間信息產業鏈。

高分－4衛星整裝待發（南勇/攝）

高分－4采用了我國首個高軌遙感衛星平臺和首臺高軌高分辨率面陣凝視相機。其發射質量約5t，設計壽命8年，為我國首顆遙感類8年長壽命衛星；衛星具備高精度定位及姿態快速機動能力；數據下傳采用Ka頻段，具有較高速率，為300Mbit/s；衛星定位于105.6°（E）。衛星配備1臺面陣CMOS相機，并首次采用可見光近紅外和中波紅外共口徑技術，可見光近紅外譜段分辨率優于50m，中波紅外譜段分辨率優于400m。針對多方面的任務需求和全新的載荷成像方式，高分－4設計了單景凝視、區域拼接、機動巡查等多種與中低軌道遙感衛星完全不同的全新工作模式，通過衛星平臺的快速機動和高穩定控制能力，可完成對運動目標持續監視、大范圍區域目標快速成像以及多個熱點地區的交替巡查。高分－4還可在緊急情況時根據用戶需求開啟“全天時工作模式”，如觀測臺風形成過程、監控森林火災等。

高分－1、2和4衛星情況對比

2 突破高軌遙感衛星多項關鍵技術

2016年1月5日，高分－4發回首張圖像，圖像質量優越，達到預期目標。此次成功成像，意味著衛星抓總研制單位——中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院在多項關鍵技術上實現了突破。

突破長壽命、高可靠技術，

有效應對高軌復雜空間環境

高分－4在軌設計壽命8年，是我國首顆遙感類8年長壽命衛星。為確保衛星在高軌道復雜的空間環境里抗高溫、抗輻射，其材料及設備不會衰變或發生故障，研制團隊對相機、控制以及元器件和原材料等關鍵環節進行了系統改進。為應對太陽暴曬，設計人員提出了“陽光規避”模式，由控制系統自動躲避太陽；為應對輻照，研制人員對原來應用于低軌衛星上的電子學單機以及光學膜系進行了抗輻照設計，提升了空間環境適應能力。

實現快速機動、高穩定控制和高精度

姿態快速機動與高穩定控制也是高分－4的關鍵技術之一。為此，技術人員突破了“小角度快速機動技術”，為高分－4安裝了4個大力矩動量輪。研制人員還采取了全方位的“維穩”措施，從衛星平臺的兩大活動部件飛輪和太陽帆板驅動機構著手，把振動減到了最小。為了實現快速機動，新研制的“大力矩飛輪”，通過加速或者減速產生反作用力實現姿態調整，大力矩飛輪因其具有輸出力矩大、控制精度高、壽命長、質量輕、使用便捷等特點，為我國航天器實現長壽命、高精度、快速機動提供了新的技術途徑。此外，為確保衛星高精度指向，高分－4配備了先進的姿態測量敏感器。

創新采用高穩定一體化結構，拍照更穩

高分－4攜帶的相機口徑很大，相機如果不能安裝在合適的“三腳架”上，會導致成像模糊。研制人員首次采用了一體化結構，創新設計了一個在太空中“零變形”的“三腳架”。工藝人員設計出一套新型組合式工裝，不僅可以一次成型復雜的結構，而且能夠同時保證異型結構每一個平面的精度。此外，他們首次采用冷熱交變的方式，最大程度釋放復合材料結構內部的應力，使“三腳架”更加穩固。

采用多項新技術，研制了我國首臺高軌高分辨率相機

在成像質量方面，為更好地適應高軌惡劣的空間環境，高分－4相機研制人員在“高分”相機家族中創造了多個“第一”，如第一次采用億級像元數的可見光探測器件以及百萬級像元的中波紅外器件，第一次采用大面陣凝視成像體制，第一次采用中波紅外與可見光共口徑的光學設計等，使高分－4相機當之無愧地成為我國首臺高軌高分辨率相機。此外，首次研制了大面陣紅外探測器，研制人員開展了一系列高軌道紅外探測器的關鍵技術攻關，確保了其在高軌道上的首次成功應用。

高分-4研制人員正在忙碌地工作（南勇/攝）

3 開啟高低軌遙感衛星協同工作新時代

高分－4的成功發射，開啟了我國高低軌遙感衛星協同工作的新時代。利用高分－4長期駐留固定區域上空、快速指向調整能力等優勢，可在第一時間、持續高頻率獲取觀測數據；結合高分－1、2等低軌道遙感衛星運行速度快、靈活性和高空間分辨率的優勢，實現高低軌遙感衛星“強強聯合”，就能使用戶既能迅速地“見森林”，又能準確地“見樹木”，可為災害監測、措施應對等提供更有效的技術支撐。

高分－4的成功發射意味著我國遙感衛星跨入協同配合時代，不斷向著更好更快地滿足用戶需求、服務國計民生而邁進。

4 結語

高分－4實現了高時間分辨率和較高空間分辨率的結合，開辟了我國高軌道高分辨率遙感衛星技術新領域。其發射成功同時標志著我國“十二五”期間航天發射任務圓滿收官。

2016年是我國“十三五”的開局之年，這一年中，還將發射2顆“高分”系列衛星——分辨率達1m，具備全天時、全天候對地觀測能力的雷達成像衛星高分－3，以及具有納米級光譜分辨率、可對大氣成分進行綜合探測的高光譜對地觀測衛星高分－5。屆時，我國高分辨率對地觀測衛星體系將更為完善，將為我國國民經濟建設和社會發展做出更大貢獻。

齊真/文