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揭秘我国首个民用高分光学业务星座

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文章来源:中国航天科技集团有限公司    发布时间:2018-04-09


并立于厂房中的高分一号02、03、04星

3月31日,由中国航天科技集团有限公司五院航天东方红卫星有限公司抓总研制的高分一号02、03、04星,以“一箭三星”的形式,由长征四号丙运载火箭成功发射。3颗星构成了我国首个民用高分辨率光学业务星座,对我国国土资源调查、监测等领域的遥感应用来说,具有里程碑的意义。

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我国早已具备从太空俯瞰地球的能力。但长期以来,由于缺乏整体规划,诸如国土资源调查、监测、监管和国土资源信息更新等工作,由于在较短时间内需要较大体量的卫星遥感数据,不得不依赖国外。

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央提出“加快生态文明建设,健全国土空间开发、资源节约集约利用、生态环境保护的体制机制”等改革要求和“一带一路”倡议。在此背景下,我国开始进一步统筹和优化陆地资源调查监测卫星的发展及应用,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015~2025年)》中明确,开展2米/8米光学卫星(3颗)工程项目建设,即以高分一号01星为基础,研制高分一号02、03、04星。

“在遥感应用中,高分辨率与大宽幅,即‘看得清’与‘看得广’是一对矛盾体。对于用户来说,能在高分辨率、大宽幅与合理的成本间找到平衡点才是最适合的。”高分一号总体主任设计师王崇羽介绍。

5年前,我国成功发射了高分一号01星,该星的表现得到了国土资源领域用户的高度认可。如今,高分一号02、03、04星已发射成功,可用于国土资源调查、监测、监管与应急等主体业务,还可服务于减灾、环保、住建、交通、农业、林业、海洋、测绘等行业,提供社会化应用,实现国土资源应用中1:2.5万~1:5万比例尺遥感数据国产化率达到90%以上的目标,减少重大行业和大用户对国外数据的依赖,全面扭转国内遥感数据市场供需极不平衡的局面,降低国内用户使用同等级遥感数据的费用。

前不久,我国组建了自然资源部。在高分一号02、03、04星发射前夕,自然资源部副部长曹卫星在发射场看望慰问试验队员时说:“新组建的自然资源部更需要高层次、高水平、立体化、多元化的卫星遥感技术,来支撑技术体系的现代化和治理能力的现代化。”在今年开展的我国第三次全国土地调查中,民用高分辨率光学业务星座就将提供高精度、业务化、海量光学卫星遥感数据,可谓“生逢其时”。


工作人员正在聚精会神工作

不仅看得更清、更准、更齐,而且看得更久、更快、更多

虽说与高分一号01星同根同源,但高分一号02、03、04星作为“业务星”,在性能上比“科研星”有了很大的提升。

在“看得清”上,高分一号02、03、04星有了很大提升。它们相机的量化位数从10比特提高到了12比特,辐射分辨率大幅提高。此外,12比特量化位数能够有效改善图像的动态范围,图像拉伸后可反映更多细节,图像质量也显著提高。

在“看得准”上,高分一号02、03、04星的无控定位精度要求达到了30米,而实际运行时还会更高,远优于高分一号01星的定位精度。因而,相机拍摄更精准。

高分一号02、03、04星分别搭载了两台由508所研制的全色多光谱相机,共计6台。当卫星“编队飞行”观测同一区域时,能做到“看得齐”,即相机响应一致,看同一景物的大小、颜色、亮度一致。这6台相机的响应一致性优于3%,是国际同类卫星星座中的佼佼者。

在卫星发射前后,为获取精确的星上遥感器辐射特性和辐射响应变化,需要对星上敏感器件进行辐射定标。我国低轨卫星通常采用对地定标,可一旦飘来一朵云,就会受到干扰。高分一号02、03、04星首次实现我国低轨光学星座对月定标,可有效修正相机的不均匀性,降低对地面校正系统的依赖,为用户提供质量更高的影像。

在成像效能即“看得久”“看得快”“看得多”上,新一批高分一号卫星也很出色。首先,它们的设计寿命相比高分一号01星更长。当卫星视场旁发生重大自然灾害急需遥感图像时,卫星可以像人转头那样,通过侧摆,把目标区域纳入自己的视线范围。新一批高分一号卫星侧摆25度的机动时间比高分一号01星减少了1/4,响应更迅速。此外,它们每天工作的圈次和时长也有所增加,由高分一号01星的每天8圈成像提升到单星每天14圈均可成像,每天累计成像时间增加了1/4。

“而且这还是基于目前国内数传站的能力,”王崇羽介绍,“如果国内数传能力提高,成像时间还可以更长。”

星座运行模式灵活既能“编队飞行”,又能“天各一方”

我国首个民用高分辨率光学业务星座的任务模式非常灵活,有什么样的任务,星座可以变成相应“队形”,调整相位间隔。

在“编队飞行”中,3颗卫星的相位基本一致,像3只大雁一样飞临上空,实现同一地区一致性成像测试。在该相位模式下,3颗星可采用立体成像模式实现立体成像,也可采用图像拼接模式实现大幅宽成像,更好地满足用户使用要求。

要实现快速重访成像,3颗卫星就要均匀地分布在地球轨道上,像摩天轮的轿厢,每两颗星间隔120度左右。此时,星座具备运行管理及天地协调统筹能力和区域连片无缝覆盖能力,可实现15天全球覆盖、2天重访,长期、连续、稳定、快速获取全球2米全色、8米多光谱影像。此外,还可与高分一号01星共同构建陆地资源调查监测业务星座,将全球覆盖周期缩短至11天、重访周期缩短至1天。

由此可见,业务星座与单星相比优势巨大。而要让3颗星的技术状态如“三胞胎”般一致,实现批量研制与发射,则需卫星及各个配套系统共同努力,严格把控质量关。

为此,卫星研制方航天东方红卫星有限公司设立了产品保证中心,针对每个型号都设立了专职产品保证经理和产品保证助理,使质量工作贯穿于科研生产始终。

“在整星研制中,我们从元器件、空间环境、工艺、材料、软件等方面保证卫星质量受控,每一个方面都进行了相关试验与把关,每一个关键环节都进行了相关评审……”高分一号02、03、04星质量管理负责人郝佳宁说,“总的来说,我们就是把质量工作渗透到研制工作中的每一步,任何一步我们都有相关规定并严格执行,还有监督与复检,并留有记录。”

在大家的共同努力下,高分一号02、03、04星实现“一步正样”,一致状态,一箭三星,锻炼出一支质量意识强的队伍,为今后同类卫星星座建设积累了宝贵的经验。

【责任编辑:李巨尧 】

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