高分四號(hào)：站得更高，看得更廣

劉淮宇

一部精彩的電影，需要多部攝影機(jī)在多個(gè)機(jī)位協(xié)同拍攝，大畫幅、中景、近景各種景別共同呈現(xiàn)，才能為觀眾營造出身臨其境的觀影效果。而分布在地球周圍不同軌道上的遙感衛(wèi)星，就如同一部部巨大的攝影機(jī)，時(shí)刻記錄著地球上的“風(fēng)云變幻”。

當(dāng)然，遙感衛(wèi)星上搭載的肯定不是普通的攝影機(jī)，而是分辨率極高的遙感相機(jī)。高分四號(hào)衛(wèi)星相機(jī)就是我國光學(xué)遙感相機(jī)系列中的最新產(chǎn)品，它是由中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院508所研制的，是我國第一臺(tái)高軌高分辨率對(duì)地觀測(cè)光學(xué)遙感相機(jī)。

它作為我國第一顆高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，高分四號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在距地36 000千米的地球靜止軌道，具有高時(shí)間分辨率和較高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)。特別值得一提的是，高分四號(hào)衛(wèi)星的空間分辨率是目前地球靜止軌道遙感衛(wèi)星的最高水平，國際上尚無此類衛(wèi)星。

獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)運(yùn)而生

2013年和2014年，高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星相繼發(fā)射并投入使用，標(biāo)志著我國光學(xué)遙感衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段，高分二號(hào)衛(wèi)星的空間分辨率首次精確到1米以內(nèi)，更是引領(lǐng)中國衛(wèi)星遙感進(jìn)入了亞米級(jí)（1米以內(nèi)分辨率）時(shí)代。

低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星空間分辨率高，成像清晰，但它的成像觀測(cè)視野較小，對(duì)固定區(qū)域重訪所需周期較長(zhǎng)，時(shí)間分辨率相對(duì)較低。高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星剛好可以彌補(bǔ)低軌遙感衛(wèi)星的不足，兩者結(jié)合使用才能達(dá)到最佳效果。

正是由于這種需要，高分四號(hào)衛(wèi)星被納入我國高分專項(xiàng)工程計(jì)劃，于2012年正式立項(xiàng)，開始工程研制。與高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星相比，高分四號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行軌道距離地面約36 000千米，是高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星軌道的50倍，站得更高，自然可以看得更廣。更為重要的是，它可以長(zhǎng)期駐留在固定區(qū)域上空，對(duì)中國及周邊地區(qū)進(jìn)行接近實(shí)時(shí)的高頻次重復(fù)觀測(cè)和多熱點(diǎn)地區(qū)快速巡查，幾乎每時(shí)每刻都在“直播”地面上的情況變化。

高分四號(hào)衛(wèi)星作為中國第一顆地球同步軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星，采用面陣凝視方式成像，具備可見光、多光譜和紅外成像能力，可見光和多光譜分辨率優(yōu)于50米，紅外譜段分辨率優(yōu)于400米，設(shè)計(jì)壽命8年，通過指向控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中國及周邊地區(qū)的有效觀測(cè)。

重重難關(guān)，逐一攻破

早在2006年左右，國際衛(wèi)星遙感領(lǐng)域就提出了研制“站得高、看得廣”的高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星的思路，歐洲一家宇航公司更是率先制訂出衛(wèi)星研制計(jì)劃，但受制于應(yīng)用需求不足等原因至今都沒有完成研制，更別提發(fā)射了。

也就是同時(shí)期，由于我國高分專項(xiàng)工程高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)際需要，第五研究院開始了高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星的工程研究工作。研制團(tuán)隊(duì)確定了高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)、衛(wèi)星姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)與高穩(wěn)定控制、高軌遙感衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，組織力量進(jìn)行逐一攻關(guān)。

這些關(guān)鍵技術(shù)都是根據(jù)高分四號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在高軌的特殊工作環(huán)境，還要實(shí)現(xiàn)相機(jī)對(duì)地高精度觀測(cè)成像的要求梳理出來的，無論在國內(nèi)還是在國際上都算是攻關(guān)難度極大的技術(shù)領(lǐng)域。

以高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)技術(shù)攻關(guān)為例，高分四號(hào)衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)無法照搬原有的低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終在通信衛(wèi)星平臺(tái)基礎(chǔ)上集通信、遙感、導(dǎo)航衛(wèi)星技術(shù)之大成，突破了總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)出了我國首個(gè)高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星平臺(tái)。該平臺(tái)可成功應(yīng)對(duì)衛(wèi)星工作環(huán)境惡劣復(fù)雜、相機(jī)成像質(zhì)量要求高、工作模式穩(wěn)定度難以保證等各方面的挑戰(zhàn)，使得高分四號(hào)相機(jī)“骨骼硬、端得穩(wěn)、拍得清”。

整個(gè)衛(wèi)星約200套產(chǎn)品中，像高軌高分辨率對(duì)地觀測(cè)光學(xué)遙感相機(jī)這樣的新產(chǎn)品占到了33套，約占產(chǎn)品總數(shù)的1/6，這些數(shù)據(jù)從一定程度上反映了這顆衛(wèi)星的研制難度和創(chuàng)新性。

多方協(xié)同，共商應(yīng)用

2015年11月，高分四號(hào)衛(wèi)星通過空運(yùn)抵達(dá)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。在此之前，衛(wèi)星在北京進(jìn)行了為期8個(gè)月電性能測(cè)試、大型力學(xué)試驗(yàn)和熱試驗(yàn)，對(duì)近30種衛(wèi)星工作模式、上百種故障模式進(jìn)行了細(xì)致測(cè)試。

由于前期準(zhǔn)備工作扎實(shí)，衛(wèi)星在發(fā)射場(chǎng)測(cè)試期間沒有發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題，與成熟火箭“長(zhǎng)三乙”的星箭接口對(duì)接工作也十分順利。在衛(wèi)星測(cè)試廠房的一張工作流程圖上，每完成一項(xiàng)工作就會(huì)在上面蓋上一個(gè)紅旗戳，最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是“衛(wèi)星發(fā)射”。2015年12月29日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射高分四號(hào)衛(wèi)星。

“衛(wèi)星設(shè)計(jì)得再好，最終還是為了應(yīng)用。”在高分四號(hào)衛(wèi)星的總工程師看來，衛(wèi)星研制出來并實(shí)施發(fā)射只是衛(wèi)星發(fā)揮其效用的第一步，必須高度重視地面系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)工作，梳理清楚數(shù)據(jù)應(yīng)用流程，最大限度地方便用戶使用，滿足用戶的實(shí)際需求。

高分四號(hào)衛(wèi)星的用戶包括減災(zāi)、林業(yè)、地震、氣象等方面。利用定點(diǎn)于赤道上空對(duì)中國及周邊區(qū)域持續(xù)觀測(cè)和快速指向調(diào)整的優(yōu)勢(shì)，這顆衛(wèi)星既可以對(duì)國土植被覆蓋、地震預(yù)警進(jìn)行常規(guī)普查，還能在災(zāi)害、特殊天氣變化發(fā)生的第一時(shí)間內(nèi)對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行接近實(shí)時(shí)的跟蹤觀測(cè)。有氣象專家推測(cè)，利用高分四號(hào)衛(wèi)星50米分辨率遙感相機(jī)，可對(duì)云層的微物理變化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，這有利于我們加深對(duì)天氣變化的研究、提高天氣預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度。

2016年1月5日，高分四號(hào)衛(wèi)星發(fā)回首幅圖像，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)越，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2016年2月3日，國防科技工業(yè)局對(duì)外公布了高分四號(hào)衛(wèi)星獲取的首批影像圖。隨著圖像的不斷傳回，高分四號(hào)衛(wèi)星的價(jià)值已經(jīng)不言而喻，真正實(shí)現(xiàn)了“站得更高，看得更廣”的目標(biāo)。