雙星共舞，觀天測地有絕招

崔興毅

2月27日7時44分，我國在酒泉衛星發射中心采用長征四號丙遙三十運載火箭，成功發射陸地探測一號01組B星。陸地探測一號01組衛星是《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）》中首個立項的科研衛星工程，由A、B星組成。A星已于1月26日在酒泉衛星發射中心成功實施發射，目前正按計劃開展在軌測試，衛星相關功能性能正常。B星入軌后，將單獨開展在軌測試，再與A星進行編隊測試。

陸地探測一號01組A、B雙星技術狀態基本相同，均配置L波段合成孔徑雷達（SAR）載荷，在軌應用干涉測高和差分形變測量技術，可實現重軌干涉形變測量、雙星編隊干涉測高及單星成像等功能，完成地表形變測量、數字高程模型獲取等主要觀測任務，具有全天候、全天時、多模式、多極化等特點，支持和服務國土資源、地震、防災減災、基礎地理信息獲取、林業等應用需求，可形成重大災害快速反應能力。

在太空“花滑”的雙星，有哪些觀天測地的絕招？

陸地探測一號01組衛星作為編隊衛星，最大難度在于雙星繞飛模式的控制。“就像冬奧會中的雙人花樣滑冰項目一樣，兩個運動員在冰面上同步高速滑行的過程中，手牽手跳躍、旋轉，完成高難度舞蹈動作。”中國航天科技集團八院控制所衛星副總設計師王文妍解釋，“繞飛中的A、B雙星也有一雙無形的手牽在一起，我們稱之為‘基線’。”

要精確地看出一段時間內高山、植被的高度變化情況，需要兩顆衛星每經歷一個回歸周期后，必須回到同一目標點，并且保持同樣的相對位置關系進行觀測。這根無形的“基線”也是一把標尺，規定了雙星在每次到達預定觀測地點的相對位置關系。“繞飛時，兩顆衛星距離相近，同時觀測，就像人的兩只眼睛，一只眼睛只能看到平面，兩只眼睛就可以看出高度和深度，可用于險峻高地、森林植被的測繪等。”

據王文妍介紹，A、B雙星還會根據所測繪地區緯度的不同進行編隊構形的變化，實現“主角”“配角”的切換。“比如說，低緯度測繪的時候，是B星以一定的距離和角度相對A星運轉;到中緯度的時候，會變成A星以另一種狀態相對B星運轉，這樣可以最大限度發揮兩顆衛星的工作能力，達到使用最優觀測基線實現全國陸地觀測的效果。”

由于陸地探測一號01組衛星的雙星“體重”都超過了3噸，無法用“一箭雙星”的方式同時將兩顆衛星發射升空。據介紹，B星發射后，姿軌控分系統的首要任務是讓B星努力“接近”A星，使兩星從入軌初期相距上萬公里，逐漸形成相距幾公里級的編隊飛行狀態。

為了減少B星發射后軌道調整的工作量和燃料消耗，姿軌控分系統研制團隊從提高兩次發射的重復入軌精度入手，對發射窗口進行了細致計算，在發射中心“零窗口”發射技術支持之下，將火箭點火時間精準“拿捏”，使B星最大限度地“重走”A星的入軌之路。

“衛星在軌飛行控制策略的正確性和長期穩定運行能力的驗證，需要充分的地面仿真試驗的支撐。”測試工程師崔佳介紹，陸地探測一號01組衛星姿軌控任務執行周期長，地面半物理仿真試驗采用了實時仿真運行方式，如何在有效的研制周期內，確保關鍵控制過程的測試全覆蓋與正確性，是最大的難點之一。“只有地面功夫做得足，才能讓衛星在太空展現最完美的舞姿。”

研制團隊創新性地提出了基于高精度數字衛星的雙星半物理編隊仿真系統、長周期快速編隊仿真測試方法以及高精度外部時鐘校時技術，解決了多個實時仿真操作系統時間基準復雜、難統一的難題，將系統內各仿真時鐘精度控制在毫秒級，確保了時差的一致性和穩定性。

“根據雙星干涉測高要求，雙星在太空需時刻攜手相伴飛行，猶如雙人花滑的舞者，既要保證各自技術動作的精準穩定，還要兼顧雙人動作的協調配合。與數分鐘的表演不同，衛星在軌需要在任務周期內克服各類復雜干擾因素的影響，實現穩定運行。”衛星副總設計師魏春向記者解釋。

研制團隊創新性地提出了基于編隊衛星三維姿態導引與控制、非中斷雙基地成像等一系列新技術，可有效保證雙星的同步性能。基于實時編隊構形的三維姿態導引與控制技術，可有效提升陸地探測一號01組雙星長基線編隊飛行時的空間同步性能。

“我們在國際上首次采用了非中斷雙基地成像模式，從根本上解決了雙基星載SAR成像和相位同步不能同時進行的難題，可大幅提升相位同步精度，并在國際上形成了自主知識產權。”衛星副總設計師王宇介紹。

“我們要建設5G基站及特高壓輸電線等，這些設施往往都選址在坡地、丘陵、山間。坡度、坡向、山脊線、山谷線等信息可為這些站點的合理布設提供重要的數據支撐。”陸地探測一號01組衛星總設計師陳筠力介紹，“因為我們國家山區丘陵多，人工測繪耗時又危險，而光學遙感受制于我國大部分地區多云多雨氣候特征的影響，無法做到實時獲取。雷達衛星的特點，使其可以穿透云層和地表植被，實現全天候、全天時、高精度的觀測，在地形測繪中具有獨特的優勢。”

“我們應用了波的干涉原理，兩顆衛星中一顆發射雷達信號，當兩顆衛星同時接收到地面回波后，通過處理就可以反演得到地面與兩顆衛星之間的距離差，進而獲取地面的高程信息。”據悉，陸地探測一號01組是全球首個L波段分布式編隊多極化干涉SAR測高衛星系統，地面觀測分辨率達到米級，地面高程測量精度滿足1：50000比例尺標準。可為我國自然資源調查體系構建、全球地理信息資源建設與更新、高精度地形數據更新提供重要的技術支撐。