我國整星出口遙感衛星及其發展趨勢

楊棟 辛旭 鐘鵬華 呂大旻 賈曉冬

(航天東方紅衛星有限公司，北京 100094)

2012年9月29日12時12分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功發射委內瑞拉遙感衛星一號，并將其送入預定軌道。這是我國航天出口的第1顆在軌交付的遙感衛星，實現了我國遙感衛星出口零的突破[1]。自此之后，隨著航天事業的蓬勃發展，我國先后向多個國家出口了多顆遙感衛星，在衛星性能指標不斷提高的同時，也根據不同用戶需求，逐步增加了用戶培訓、聯合研制、知識產權轉讓等附加服務，進一步提升了我國航天的國際競爭力。

本文對我國已完成交付的整星出口遙感衛星進行了回顧，列出了各個項目的主要特點，對其共性特征進行了分析，總結了研制經驗和收獲，并對整星出口遙感衛星的未來發展趨勢進行了展望。研究成果對提升我國航天出口衛星的國際競爭力、擴大國際市場份額、促進我國航天國際化發展具有積極意義。

1 整星出口遙感衛星發展歷程及特點

截至2021年9月，我國共采用整星出口的方式向國外用戶在軌交付了4顆遙感衛星，均由航天東方紅衛星有限公司負責抓總研制，都采用了星地一體化的“在軌交鑰匙”方式。其中：3顆屬于商業項目，衛星采用高性能的CAST2000平臺，最高地面分辨率分別為2.5 m或1 m，質量在1000 kg左右，設計壽命為5年或以上，用戶國家分別為委內瑞拉和巴基斯坦；還有1顆屬于我國政府對外無償援助項目，衛星采用小型化的CAST100平臺，地面分辨率為13.5 m，質量約65 kg，設計壽命2年，用戶國家為埃塞俄比亞。4顆衛星基本情況如表1所示。

表1 已交付出口遙感衛星基本情況

1.1 委內瑞拉遙感衛星一號

委內瑞拉遙感衛星一號(以下簡稱“委遙一號”)是我國第1顆整星出口的商用遙感衛星(見圖1)，應用于委內瑞拉國土資源調查、評價、動態監測與管理、資源利用、環境災害監測與城市建設等業務領域，承擔著開拓國際商用遙感衛星市場的重要使命。

圖1 委遙一號衛星

考慮到用戶要在一顆衛星上實現高分辨率、寬覆蓋的成像能力，以及快速研制的需求，委遙一號衛星采用成熟的CAST2000小衛星公用平臺，運行在降交點地方時為10：30am的太陽同步軌道，配置2臺全色/多光譜相機，在639 km軌道高度達到的地面分辨率為2.5 m(全色)/10 m(多光譜)，幅寬為57 km；同時配置2臺寬幅多光譜相機，地面分辨率達到16 m，組合幅寬為369 km[2]。

全色/多光譜相機包括1個全色譜段和4個多光譜譜段；寬幅多光譜相機包括4個多光譜譜段。藍、綠、紅、近紅外4個多光譜譜段可用于監視洪澇、干旱、臺風、冰雹、風暴潮、地震、病蟲害、陸地水污染、海洋水污染、赤潮、固體物污染、農業污染、重大工程環境污染與生態、危險品事故、海上泄漏事故、土地生態、農業生態、草原生態、林業生態、水域生態、海洋生態、生物生態，以及城市生態等方面。

委遙一號衛星具有±35°的快速側擺機動能力，可保證全色/多光譜相機在4天內對委內瑞拉境內及全球任意目標實現重訪，寬幅多光譜相機可在3天內實現對委內瑞拉境內及全球任意目標重訪[3]。

委遙一號衛星的研制及發射僅用了18個月，當時創造了小衛星研制周期最短的記錄，為后續我國航天出口遙感衛星奠定了技術、質量、計劃管理、對外履約等方面的基礎。

委遙一號衛星作為我國第1顆出口的商用遙感衛星，具有諸多的技術創新點。①首次實現了設計壽命長達5～8年的低軌光學遙感衛星，達到了國際低軌遙感衛星的同等水平。截至2021年9月，該衛星已在軌運行9年，充分驗證了衛星的長壽命設計能力；②首次在小衛星平臺上實現了多種光學遙感器協調工作，實現了一顆衛星的多種功能；③首次在軌實現了新一代小衛星海量圖像數據處理系統，解決了小衛星海量圖像數據處理的技術瓶頸[4]。

1.2 委內瑞拉遙感衛星二號

委內瑞拉遙感衛星二號(以下簡稱“委遙二號”，見圖2)用于接替在軌運行的委遙一號衛星，在成像能力上大幅提升，開啟了我國出口遙感衛星的“亞米級”時代[5]。

圖2 委遙二號衛星

委遙二號衛星采用降交點地方時為10:30am的太陽同步軌道，配置1臺全色/多光譜高分辨率相機和1臺短波/長波紅外相機，在645 km左右軌道高度實現地面分辨率優于1 m(全色)/3 m(多光譜)、30 m(短波紅外)/60 m(長波紅外)，幅寬均為30 km。衛星采用成熟的CAST2000小衛星公用平臺技術，具有±35°側擺機動能力[5]。

委遙二號衛星主要技術特點包括：①首次在小衛星上同時配置高分辨率相機和紅外相機，實現全色、多光譜、短波譜段、長波譜段組合的多譜段、大視場、聯合對地遙感成像：②采用甚長波紅外分裂窗技術，有效抑制了大氣水汽對甚長波紅外成像的影響，提高了長波紅外圖像質量；③首次研制了具有高制冷能力、低微振動的斯特林制冷機，有效滿足了長波探測器60 K恒定低溫的成像需求；④有效抑制了小衛星上紅外相機斯特林制冷機所產生的定頻、倍頻、多頻微振動對高分辨率相機成像的擾振影響，滿足高分辨率相機成像質量要求；⑤2種載荷、多工作模式滿足用戶多元化應用需求[6]。

在履約方面，根據合同約定，委遙二號衛星采用了聯合研制的模式，委方人員參與了所有衛星系統層面工作，與中方聯合開展系統設計。在系統設計和系統集成測試崗位上實行人員的中委雙方1∶1配比方式，建立了委遙二號衛星聯合研制團隊，共同進行衛星的聯合設計、聯合AIT、聯合發射。

1.3 巴基斯坦遙感衛星一號

巴基斯坦遙感衛星一號(以下簡稱“巴遙一號”，見圖3)是我國向巴基斯坦出口的第1顆光學遙感小衛星，用戶為巴基斯坦空間與大氣上層研究委員會。

圖3 巴遙一號衛星

巴遙一號衛星采用降交點地方時為10:30am的太陽同步凍結軌道，配置2臺全色/多光譜相機，在643 km軌道高度實現地面分辨率優于1 m(全色)/3 m(多光譜)，幅寬不小于60 km；可按照指令在指定地區上空成像，圖像數據經壓縮后可通過實傳、邊記邊放或“境外記錄+境內回放”下傳到地面站。衛星充分繼承了CAST2000小衛星公用平臺的成熟技術和產品，采用3軸穩定對地定向的姿態工作方式，整星可最大側擺±52°/俯仰±40°，以擴大可視范圍，實現對巴基斯坦國土2天1次的重訪能力。衛星總質量1228 kg，設計壽命7年[7]。

結合任務特點，巴遙一號衛星通過優化微振動環境，使用高精度星敏感器及其熱控設計，最終實現無控制點的目標定位精度在星下點成像時優于13 m，遠遠滿足了優于35 m的指標要求。

巴遙一號衛星在軌運行所獲得圖像數據應用于巴基斯坦國土資源調查、評價、動態監測與管理、資源利用、環境災害監測、農業調查與城市建設等業務領域，取得了良好的效果。其成果對鞏固中巴友誼、促進中巴航天領域合作具有里程碑意義，為我國“一帶一路”建設添磚加瓦。

巴遙一號衛星作為我國首顆出口巴基斯坦的光學遙感衛星，具有諸多的科技成果和技術創新點。①首次實現了出口衛星壽命7年并具備壽命末期主動離軌的能力；②首次在出口衛星上搭載了外方自研的單機設備，探索了設備搭載研制的新模式，提高了用戶的參與研制程度；③首次使用“初始降交點地方時偏置+傾角偏置”的雙偏置優化方法，滿足用戶在特定區域穩定獲取高質量圖像的要求。

在項目管理方面，巴遙一號衛星是我國首個采用用戶監造模式的出口遙感衛星，巴方還聘請了經驗豐富的法國咨詢公司作為顧問，按照歐洲標準對衛星研制全過程進行監造。按照合同約定，用戶監造團隊常駐北京，通過評審會、文件審查、研制全流程跟產、聯合試驗等活動，對衛星研制工作進行了全程監造。巴遙一號衛星的研制，滿足用戶及其聘請法國顧問團隊的監造要求，為我國航天順利進入國際商業領域積累了大量實踐經驗。

1.4 贈埃塞俄比亞遙感微小衛星

贈埃塞俄比亞遙感微小衛星(以下簡稱“埃塞衛星”，見圖4)用于獲取埃塞俄比亞農業、林業、水資源、災害等多光譜遙感數據，支持埃方用戶單位開展應對氣候變化研究，以及農業、林業、環境、災害監測等相關領域的定量化遙感應用工作。衛星基于成熟的微納衛星平臺研制，配置1臺多光譜相機，覆蓋藍、綠、紅和近紅外4個譜段，星下點地面分辨率優于13.5 m，幅寬大于80 km，采用搭載方式發射，運行在高度628 km、降交點地方時10:30am的太陽同步軌道，重點對埃塞俄比亞和東北非區域成像，重訪周期約為4天[8]。

圖4 埃塞衛星振動試驗

埃塞衛星主要技術特點包括：①采用在軌自主安全管理技術、在軌重構技術，確保衛星在軌可靠穩定運行；②采用高度集成化X頻段數傳微系統(4.6 kg)，在我國小衛星領域首次實現了百兆量級X頻段相控陣天線對地傳輸能力，為后續X頻段高碼速率對地數傳微系統研制奠定了技術基礎；③采用小型化高機動性姿態控制技術，實現整星高性能；④采用基于高姿態機動能力的任務模式設計，實現衛星的高成像效能；⑤采用輕小型大幅寬多光譜相機優化設計技術，滿足定量化遙感應用需求[9]。

埃塞衛星已成功獲取和生成了大量遙感影像和專題產品。它既為國際社會氣候援外工作提供了新范例，也為埃塞俄比亞應對氣候變化提供了新手段，拓寬了我國航天企業“走出去”的新機遇。

2 共性特征與研制經驗

對出口遙感衛星項目的研制歷程進行總結，可以發現其共性特征。

(1)用戶國家大部分是首次擁有本國衛星，為滿足用戶需求，中方一般采用星地一體化的服務方式，為用戶提供包括衛星研制、地面系統建設、發射測控服務及在軌技術支持在內的一攬子交鑰匙服務，系統組織管理十分復雜，對工程大系統的整體業務運行要求更高。

(2)項目設計、試驗、文件體系、過程控制及產品保證等必須符合國際化標準。研制團隊除按中方標準完成所有研制工作外，還要按照用戶或者監造要求完成對外的英文文件編寫、評審或現場檢查等工作。

(3)項目研制周期通常比較苛刻，并在合同中約定了明確具體的違約條款。因此，必須按合同約定的計劃節點完成各項工作，否則將面臨罰款等合同違約懲罰。

(4)項目執行需要接受用戶或具有國際一流水準的監造公司的全方位監造，項目管理工作要求和國際接軌，按要求采取組織季度管理評審(QMR)等方式滿足各方面管理要求。

(5)衛星研制過程中的科研生產資源協調、知識產權保護、安全保密、保險支持等綜合保障工作難度大。

(6)用戶國家的航天技術基礎通常比較薄弱，對設計和操作類的培訓有強烈的需求，且培訓質量會在很大程度上影響用戶對衛星的在軌操作與運行維護的穩定性。

(7)由于外交因素，衛星壽命期內穩定運行的重要性更加凸顯。加上用戶國家的供電及通信網絡等保障能力參差不齊，且地面測控能力極為有限，衛星在軌技術問題處置的難度較國內衛星顯著增加，在軌運行管理壓力大。

在整星出口遙感衛星研制和與外方的合作過程中，積累了相應的項目經驗，也針對出口遙感衛星逐步形成了一套行之有效的研制模式，主要體現在以下幾個方面。

(1)為滿足出口遙感衛星對系統穩定運行的要求，應盡可能地選用成熟平臺、技術及產品，保障衛星質量和研制進度滿足合同要求。

(2)探索并形成了符合國際遙感衛星市場需求的衛星研制技術流程，根據項目需求可實現“方案+正樣”或者“方案+初樣+正樣”等不同的研制過程，在有限的時間內有效地保證了衛星產品質量，提高了衛星的可靠性。

(3)參照相關國際化衛星研制標準，建立了一套符合國際衛星市場要求的產保體系，實現了與國際市場接軌。將出口遙感衛星常規的產品成熟度評審(EQSR)、初步設計評審(PDR)、詳細設計評審(CDR)、試驗數據評審(TDR)、出廠評審(PSR)等工作融入中方的產保體系，設立對外的強制檢驗點(MIP)等現場檢查工作事項，滿足了國際市場對衛星研制質量的要求。

(4)積累形成了一套完整的英文文件體系，覆蓋了衛星系統級工作的全部內容和各個階段，為后續項目履約奠定了英文文件的編寫基礎。

(5)初步形成了一套自有知識產權的英文版小衛星研制標準，涵蓋了衛星總體設計與管理的主要內容。

(6)探索并形成了有效的理論和實操培訓機制，針對不同類型和深入程度的用戶培訓需求，建立了相應的培訓文件體系和管理制度；對外方學員的有效培訓，也為衛星交付之后外方人員更快、更好地實施衛星在軌操作和維護、確保衛星穩定運行打下了良好的基礎。

(7)建立了相應的保障制度，在出口衛星項目團隊的組織機構中補充增加了客戶經理等角色，制定了文件移交和知識產權保護管理辦法，形成了成熟有效的安全保密方案。

(8)制定了出口衛星在軌管理要求，協調地面系統等相關單位形成了在軌異常情況下的應急測控和技術支持聯動工作機制。

(9)以衛星研制隊伍為基礎，鍛煉并形成了一支具有出口遙感衛星豐富研制經驗的對外履約團隊。

3 未來發展趨勢

3.1 性能指標及智能化要求不斷提高

隨著全球衛星遙感系統的快速發展，越來越多的國家希望能跟上國際潮流，實現精細化觀測和定量化應用，因此，在地面分辨率及衛星敏捷性等方面都提出了更高要求。從國際商業遙感衛星數據市場來看，美國數字地球公司發射的商業遙感衛星的分辨率最高達到0.3 m，國際遙感市場已經全面進入0.5 m分辨率時代。另一方面，有效載荷的種類也逐步擴展，紅外相機、高光譜相機等有效載荷的需求也不斷增加。與此對應，出口遙感衛星的進一步發展也取決于國家相關政策是否能夠配套調整，逐步放寬對出口遙感衛星地面分辨率及有效載荷種類等方面的限制條件[10]。

此外，在移動互聯網時代，各類用戶對遙感衛星所獲取空間數據的方式有了更多即時化、網絡化、個性化、多樣化等需求，未來的遙感衛星需要與信息技術深度融合，使遙感衛星運營模式和服務模式發生重大變革，將傳統遙感衛星帶入未來新型智能時代。因此，低軌遙感衛星應具備全球持續覆蓋和數據實時更新能力，能提供面向用戶的遙感數據遠程在線訪問服務，并根據用戶需求提供定制化、近實時的數據獲取、分析和提示服務[11-12]。

3.2 用戶對衛星研制的參與程度逐步深入

隨著越來越多的發展中國家開始發展本國的航天能力，哈薩克斯坦、埃及、巴基斯坦、尼日利亞等多個國家已完成或正在籌建本國的衛星AIT設施，眾多用戶已不再滿足于直接采購衛星，而是紛紛從發展自身能力角度提出了聯合研制、本地AIT等更多參與衛星研制的履約要求。本文根據參與內容的不同，給出如表2所示的用戶參與度分級定義。

表2 用戶參與度分級定義

從近些年的國際遙感衛星市場來看，是否能夠提供用戶參與度高的服務，已經成為國際宇航企業市場競爭力的一個重要體現。法國空客集團等領先宇航企業的出口項目用戶參與度基本都在三級以上，部分項目的用戶參與度已經達到五級，與用戶建立了緊密深入的合作關系，占領了較大的市場份額。以哈薩克斯坦為例，空客集團不僅為哈方研制了2顆衛星，提供了人員培訓，還為哈方建設了完整的衛星AIT中心,使其具備了通信衛星系統級AIT能力。此外，空客集團與哈方成立了合資公司，幫助其發展了衛星電纜生產、熱控多層制作、太陽敏感器單機研制的能力，還將合資公司納入空客集團的供應商體系，為空客集團的全球項目提供產品，形成了深度綁定的忠誠客戶關系。上述項目的用戶參與度符合五級的定義，充分體現了這一服務所帶來的價值。

對照競爭對手的服務能力，我國在出口遙感衛星上應重點提高服務的用戶參與度，在人員能力基礎、研制標準、單機產品研制、系統級AIT等方面與用戶深度合作，建立不同維度的合作聯系，形成深度綁定的合作模式，這也是我國出口遙感衛星增強國際競爭力的一個重要方面[13]。

3.3 用戶愈加關注應用效益和能力提升

雖然全球擁有遙感衛星的國家還是少數，但很多國家都有遙感衛星數據處理及應用的經驗。部分用戶已經意識到衛星數據應用效益的重要性，從遙感衛星數據的行業應用效益出發，希望供應商據此反推提出衛星載荷相關指標。因此，未來的遙感衛星應以用戶在分辨率、時效性、定位精度等方面的需求為導向，針對行業開發定制化的算法，實現大容量復雜數據的挖掘，以提升數據的價值。

此外，目前出口遙感衛星項目通常僅建造一個地面測控接收站，在數據接收的頻度和在軌應急處置方面均存在薄弱環節。隨著我國航天走出去，建議在“一帶一路”沿線國家布設國際接收站，支持對“一帶一路”沿線區域對地觀測數據的快速接收獲取，根據國家任務要求和商業市場需求實現“一帶一路”沿線國家遙感衛星數據的快速獲取。海外站網的建立可以為開拓國內國際市場提供有效支撐，滿足全球數據獲取的迫切需求，同時也有利于我國遙感數據的國際推廣，降低成本，提高獲取效率，增強國際市場的競爭能力[14-15]。

4 面向國際市場競爭的建議

全球遙感衛星市場區域分布極不平衡，北美和歐洲是最大的市場，亞洲由于我國、日本和印度的影響，總量也比較巨大，而拉美和非洲是最具潛力的發展區域。后續出口遙感衛星的市場開拓應重點關注在航天方面處于起步階段的拉美和非洲區域國家，或者幫助一些小國家從無到有地建立起航天基礎。

目前，國際遙感衛星市場主流還是高分辨率光學衛星，中低分辨率光學遙感數據逐漸趨于免費獲取，而市場對合成孔徑雷達(SAR)等微波遙感數據的需求日益凸顯。為獲得更多市場機會，建議適時適度地放開相關出口限制。

結合前期出口遙感衛星項目的經驗，可進一步提煉完善技術培訓及聯合研制乃至技術轉讓的服務內容，提高項目的用戶參與度，打造我國在國際市場上的航天優質服務品牌形象。

此外，建議梳理我國政府對外援助的渠道和項目，統籌援建AIT中心、衛星地面系統等相關設施，優化星地一體的接口和體系能力，推動我國航天標準走向國際，形成多維度一體化的競爭力。

5 結束語

通過前期整星出口遙感衛星的研制，我國已積累了一定的市場開發和項目研制經驗，形成了有中國特色又與國際接軌的研制體系。從市場角度來看，國際出口遙感衛星市場規模有限，用戶以航天起步階段的第三世界國家為主，且面臨多個國際領先宇航企業的激烈競爭，國內多家商業航天企業也在努力參與國際市場競爭，試圖加入到出口遙感衛星行列中。只有不斷提高衛星的技術水平和用戶參與度，助力用戶國家發展本國的航天能力，才能進一步爭取更多的項目，擴大市場份額。