我國首批0.5米級商業高分辨率遙感衛星高景-1年底發射

本刊記者 齊真 本刊特約記者 詹桓 李黎

我國首批0.5米級商業高分辨率遙感衛星高景-1年底發射

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，中國航天發射進入了高峰期，完成了不少重大航天任務。時至年末收官之際，中國航天的熱度仍未消退，又相繼發射多顆影響力較大的衛星。12月下旬，我國即將以“一箭雙星”方式發射首批具有全球競爭力的商業遙感衛星高景-1；另外，我國還將發射“全球二氧化碳監測科學試驗衛星”，進一步發展我國溫室氣體監測能力。此前的11月22日，我國中繼衛星系統又添一顆天鏈-1的04星，該星堪與世界一流衛星比肩；12月11日，我國成功發射了具有國際先進水平的首顆第二代靜止氣象衛星風云-4；還有，9月發射的天宮-2空間實驗室上的14項科學與應用任務已取得初步成果。借此契機，本刊特推出中國航天專題，以饗讀者。

中國航天科技集團公司著力打造的商業遙感衛星系統高景—1（SuperView—1）的01組星將于2016年12月下旬以“一箭雙星”方式發射。高景—1的01組星由2顆相同的光學小衛星組成，分辨率達到0.5m，一旦正式投入運營，將意味著我國終于擁有屬于自己的0.5米級國產高分辨率商業遙感衛星，拿到衛星遙感國際主流市場的入場券。

1 應運而生

近年來，商業衛星遙感得到了蓬勃發展，高分辨率的精細對地觀測系統發展已成為主流，空間數據的空間分辨率、時間分辨率不斷提高。然而，在全球高分辨率商業遙感衛星數據市場上，亞米級高分辨率衛星圖像數據仍被國外壟斷，我國高分辨率遙感衛星數據產品嚴重依賴進口；民用高分辨率遙感衛星技術及商業化應用方面仍處于相對落后的狀態，成為我國航天遙感的一大“短板”。

2015年，我國出臺《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）》，明確指出，將按照商業化模式發展優于1m分辨率的遙感衛星；國家“一帶一路”戰略也明確提出要實現衛星信息互通。這些都為衛星遙感的商業化發展和國際化拓展帶來了機遇。

面對國家政策的支持和日益旺盛的市場需求，中國航天科技集團公司于2015年提出，于2022年左右建成一個“16+4+4+X”的先進的商業遙感衛星系統，該系統包括16顆0.5m分辨率光學衛星、4顆高端光學衛星、4顆微波衛星以及若干顆視頻小衛星和高光譜小衛星。

此次發射的高景-1衛星由航天東方紅衛星有限公司負責抓總研制，中國資源衛星應用中心負責地面系統，衛星完成發射并在軌測試后，交付四維高景衛星遙感有限公司運營。它將為全球用戶提供高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜觀測能力的對地觀測的遙感數據服務和應用系統解決方案服務，以及針對國土資源調查、測繪、環境監測、金融保險和互聯網行業的增值服務。

2 國際一流

衛星平臺與有效載荷

高景-1的01組星由2顆衛星組成，運行于高530km、降交點地方時10：30AM的太陽同步軌道（SSO），衛星采用CAST3000B平臺，單星質量約為500kg，設計壽命為5～8年。2顆衛星在軌組網后，可針對全球南北緯80°之間實現4天的重訪周期。衛星可以提供優于0.02°(三軸，3σ)的姿態指向精度，0.001°/s（三軸，3σ）的姿態穩定度以及30°/20s（含穩定）、120°/47s（含穩定）的姿態機動能力。

衛星裝有1臺高性能光學相機，星下點全色和多光譜分辨率分別達到0.5m和2m，幅寬12km，調制傳遞函數（MTF）為0.158(靜態)/0.09(動態)、信噪比（SNR）最大大于48dB，圖像質量指標與國際同等高水平衛星相當，國內指標領先。利用衛星的高敏捷機動性能可實現5條帶圖像拼接(60km×70km)、3視角立體成像，以及同軌連續多目標成像等7種成像模式，其性能與法國的昴宿星-1（Pleiades-1）等商業遙感衛星水平相當。衛星提供X頻段的下行數傳通道，可實現傳輸碼速率單/雙通道450Mbit/s，最高可達900Mbit/s。

典型成像模式

高景-1衛星具備突出的敏捷性，具有星下點成像、側擺成像、連續條帶、多條帶拼接、立體成像、多目標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星特有的模式之一，衛星根據成像指令，利用俯仰和滾動方向姿態機動進行若干次準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，可在一軌內完成對一個大型城市成像。

利用衛星敏捷能力，高景-1可實現最多5條帶拼接成像，成像區域為60km×70km。

多條帶拼接成像模式

高景—1衛星構型示意圖（左圖為發射狀態，右圖為運行狀態）

（2）多目標成像模式

該模式是衛星按照成像指令要求，在衛星姿態機動可覆蓋范圍內對所需要的目標進行成像，成像條帶長度可根據需要進行設置。該模式可提高衛星快速響應能力，應對各種突發事件和緊急任務需求；同時，也可為小區塊成像需求提供服務。

多目標成像模式單個目標范圍為12～24km（距離）×500km（方位），一軌內可實現8個目標的成像。

多目標成像模式

（3）立體成像模式

衛星根據成像指令，在可成像范圍內對指定長度的區域，利用俯仰和滾動方向姿態機動，從不同的角度進行3次重復地面軌跡成像，形成立體圖像。該模式設計目的是滿足立體成像和測繪制圖用戶需求。

利用衛星敏捷能力可以實現同場景的3視觀測，成像區域為12～24km×120km。

立體成像模式

（4）連續條帶成像模式

該成像模式主要是在完成用戶對特定區域的成像任務后，積累全球范圍的圖像數據。成像過程中，衛星可側擺不同角度成像（0°～±45°），單軌成像區域為12～24km×4200km。

連續條帶成像模式

3 技術特點

高景-1衛星最為突出的技術特點為高敏捷性和高集成度、小型化。

高敏捷機動能力

作為敏捷衛星，高景-1與普通衛星的重要區別就是機動性能好，一是轉得快，二是穩得好。這兩個特點實現的過程中是存在一定的矛盾的，尤其是在慣量比較小的衛星上。為了解決這個問題，研制團隊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點，能夠實現姿態快速機動與高穩定度的綜合指標，同時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星最優的解決方案。研制團隊采用的國產小型化變速控制力矩陀螺產品是國內首次在軌應用，突破了多項關鍵技術，如微型長壽命高速軸系、高精度角位置測量以及高精度伺服控制技術等。同時，針對小衛星的應用需求，還進行了產品的輕小型化設計，滿足了輕型平臺對質量、功耗的限制要求。

高集成度、小型化

衛星平臺大量采用了自主投入研制的先進的智能芯片SOC、SIP、MEU等，實現傳統的計算機功能和智能化設備，大幅度提高了產品的智能化和自主化水平，形成了標準化和輕量化的產品體系。高景-1衛星平臺利用高度集成的智能化芯片，把單機集成為單板，通過開展電源管理和配電模塊集成、應用小型化應答機等設計，最終使得衛星的平臺載重比提高到近50%。智能化芯片的應用，還提高了調試過程的靈活性，為后續大批量的生產研制提供了很好的技術保障，提高了整個流程的效率。

4 面向商用

高景-1衛星是我國第一批面向商業用途的0.5米級高分辨率光學遙感衛星，也是中國航天科技集團公司積極響應國家對商業遙感衛星及應用產業化發展的號召、順應國際商業遙感新趨勢自主啟動的商業遙感衛星星座的第一階段建設目標。

對于一個面向商業應用的遙感衛星，市場和用戶的需求是衛星設計和研制的重要依據。“商業”、“市場”這些主題詞貫穿了“高景”衛星的研制始終，圍繞這樣的主旨，研制團隊從兩個方面進行了設計保障。

“好用”、“易用”的衛星

為保證高景-1衛星“好用”、“易用”，研制團隊在衛星任務需求分析階段就組織專業技術人員針對國際主流的商業遙感衛星進行方案搜集、指標分析、應用和用戶的調研，匯集了衛星遙感市場上具有重要市場價值的用戶需求，綜合確定了高景-1衛星“好用”的技術指標和方案。

“易用”，如果等到寫“用戶說明”的時候再考慮，那就太晚了。在衛星方案設計初期，研制隊伍就與用戶緊密溝通，將用戶的需求消化到設計的方方面面，用技術、用設計來保障“易用”。比如，研制團隊設計了面向任務的指令模板，用戶無需關心成像任務中衛星姿態具體完成哪些動作，相機和數傳應用哪些指令，只要調用相應指令模板即可輕松完成任務。同時，指令模板還支持在軌修改和上注；比如，衛星的測控、星務、姿控、電源等都具有自主健康檢查、故障自主診斷、隔離和恢復的功能，大大減輕了在軌維護的難度；再比如，衛星平臺的所有CPU軟件都具有上注或修改的能力，等等。這些智能化、自主化、可維護的設計在“高景”衛星中隨處可見，也正是這些細致入微的設計，使得“高景”衛星界面非常友好，可以幫助用戶更加輕松地完成運營任務、更加充分地發掘遙感衛星的應用價值。

成本合理、流程優化的衛星

商業對成本非常敏感，衛星的研制成本直接關系到用戶的收益，關系到圖像產品的最終價格和市場競爭力。研制團隊從優化衛星的系統配置上“省”成本，從產品設計上“省”空間，從研制流程上“省”時間，在保證產品可靠性和任務成功的基礎上，科學地“省”，這種“省”的思路也使得研制團隊創造了中國空間技術研究院衛星研制的新記錄，在17個月內圓滿完成了2顆全新衛星的研制任務。

5 后續發展

根據中國航天科技集團公司的規劃，將以高景-1為基礎建設具有全球競爭力的商業遙感衛星系統。2017年，第3顆和第4顆高景-1也將發射入軌，屆時，4顆0.5米級高分辨率光學遙感衛星將實現組網，持續不斷地為用戶提供數據。到2022年，將建成性能先進、規模較大的商業高分辨率遙感衛星星座，不僅可為測繪、國土資源調查、環境監測等提供優質服務，而且有望激發大量的行業用戶和大眾消費需求，推動衛星遙感的商業化發展。