揭秘中国新型高分卫星:能看清黄埔江上的浪花(图)

　　这得益于“高分二号”已经达到1米的分辨率。其技术指标达到或超过国外同类光学遥感卫星的水平，关键在于由两台相同的分辨率为1米全色/4米多光谱组合而成的相机。“高分二号”相机分系统主任设计师姜海滨说，“高分二号”卫星相机焦距是国内卫星中焦距最长的。“这颗卫星上装有两台相机，与全世界同等级分辨率的卫星相比，是成像幅宽最大的，达到了45千米。而且这两台相机还实现了98%的国产率，关键部件都是中国制造。”

　　1米全色分辨率相比于2米全色分辨率来讲，不仅仅是数字的差别，更是质的飞跃。

　　“1米以下的分辨率就意味着进入了亚米级分辨率。‘高分二号’是我国第一个突破亚米级的民用对地观测卫星。”高分专项工程地面系统总工程师徐文说。亚米级遥感数据在国际遥感领域被称为“黄金数据”，这一称谓足见其重要性。

　　要进入亚米级，则需要突破多项技术。分辨率是航天光学遥感相机一项关键指标。传统方法是通过延长焦距、增大相机口径的方式实现更高分辨率，但相机的体积、重量也会随之增长，导致研制难度、成本倍增。上世纪九十年代，国外提出新的设计理念：在镜头焦距增加的同时，镜头口径增加相对较小，即相机的相对孔径越来越小。但这种方式受光学系统衍射的限制，会使图像质量有所降低。必须利用相机成像电路的低噪声技术和相关地面图像数据处理技术，才能保证图像质量。

　　研制过程中，科研人员在国内首次采用小相对孔径的创新设计，克服了镜头主次镜离焦敏感度高等困难，突破了大口径超长焦距光学系统水平重力卸载装校、海量数据处理等一系列高分辨率相机研制难关，实现在同等光学系统口径下，分辨率显著提高。同时，科研人员首次采用天地协同的运作方式，为“高分二号” 引入“大遥感”设计理念，通过相机特点和地面处理特点的匹配，实现整个系统的优化，以充分挖掘相机的信息获取潜力。与“高分一号”相比，“高分二号”相机的焦距及分辨率提高了2.4倍，而口径仅增加了1.6倍。

　　“高分二号”卫星还在卫星定位精度方面做了很多功课，因为这关乎到其所拍摄的照片是否变形或错位而导致不准确。“高分二号”卫星总指挥兼总设计师潘腾介绍，以往我国卫星的定位精度多为百米量级，“高分二号”设计指标则要求达到无控制点条件下优于50米的定位精度，因此在测轨精度、姿态稳定精度等方面，研制团队开展了大量工作。

　　卫星的太阳能帆板、陀螺仪以及很多零部件会在运行中产生振动，对卫星上搭载的长焦镜头来说，轻微的震动都可能导致图像模糊。为此，研制团队对 “高分二号”卫星平台进行了适应性改进。在“高分二号”两个太阳翼下面，装有国防科技大学研制的“天弦一号”太阳翼振动控制装置，能有效抑制太阳翼振动，使卫星姿态机动稳定时间进一步缩短。科研人员还首次采用阻尼减隔振等措施，吸收转动能量，稳定转动部件，以保证图像质量。

　　在保证稳定的前提下，“高分二号”上首次使用控制力矩陀螺，采用优化高效的控制定姿方案，具备了大角度快速机动能力。与能在180秒内侧摆25°的“高分一号”相比，“高分二号”可在180秒内侧摆35°。

　　而且，面对云层等天气因素对卫星拍照造成的影响时，沿着轨道飞行的“高分二号”还能选择性地开关机。“比如北京有云，黑龙江跟广东天气都不错，那我们就让卫星在广东开机拍摄，到了北京就关机，到了黑龙江再开机。这样就能把卫星的成像效能发挥好，节省数据储存的空间。”徐文介绍，这个特点叫做“分次成像”。

　　相互配合构造中国“天眼”系统

　　高分专项包括七颗卫星，功能定位各有不同，如雷达遥感卫星“高分三号”可以不受气候条件影响全天候观测，高光谱卫星“高分五号”可对大气成分进行综合探测

　　“‘高分一号’卫星已经在轨运行，情况非常好。在20余个政府部门、行业以及10个省级区域应用示范中心开展了非常好的示范应用。”王承文说，而且，它将与“高分二号”卫星相互配合，普查与详查相结合，在土地利用动态监测、矿产资源调查、城市精细化管理等众多领域发挥重要作用。

　　对于两颗卫星能力的相互配合，徐文解释说：“假如说，我们要找一个2米以上的地物特征，但是我们不知道它的准确位置，只知道它在哪个大的区域，就可以先用‘高分一号’来进行观测，看到很多类似的地物之后，再用‘高分二号’卫星对该区域的地物进行观测确认。”

　　其实，在整个高分专项中，不仅仅有这两颗卫星。七颗高分系列卫星功能各有不同，而且可以做到相互配合。

　　据国防科工局局长、高分专项领导小组组长许达哲介绍，具有1米分辨率的雷达遥感卫星“高分三号”、高轨光学遥感卫星“高分四号”、高光谱卫星 “高分五号”都在加紧研制，并将在明后两年陆续发射。同时，“高分六号”、“高分七号”、平流层飞艇、航空观测系统、地面系统和应用示范系统也将加紧建设，至2020年前，我国将建立起高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的对地观测体系。

　　高分辨率卫星又分为雷达卫星与光学卫星。光学卫星“高分二号”最大的敌人就是天气。具有1米分辨率的“高分三号”雷达遥感卫星就是要在解决高分辨率的基础上，克服“高分二号”的限制，做到全天候观测，“它是雷达卫星，无论有云、有雨，不管是白天还是晚上，它都可以进行观测，不受气侯条件的影响。”王承文说。

　　“高分四号”卫星是高轨卫星，始终在中国经度赤道上空3.6万米的高空对我们的国土进行观测，更好地解决高时间分辨率的问题，而且其时间分辨率可达到分钟级。

　　“‘高分五号’是具有纳米级光谱分辨率、可对大气成分进行综合探测的高光谱遥感卫星。”王承文说：“光谱是什么特性？有点像人的指纹，光谱分得越细，就可以把物质类型揭示得越彻底。”

　　对于之前“高分一号”卫星可以识别作物，王承文解释称，其靠的就是光谱，“不同植物的光谱特性是不一样的，不仅仅可以识别出水稻、小麦、白菜、大豆，它的亚种通过高光谱也可以识别出来。”

　　“高分专项与之前的卫星一个最大的不同是管理方式上的变化。我们过去是‘私家车管理体系’，高分专项打造的是一个‘公交系统’。它首先就是要提高数据的使用效率，提高运行管理的效能，我们每一颗卫星都要确定它的主用户、一般用户。”王承文说。在这之后就是完善数据分发体系，由资源中心首先对近 20个部委逐步分发，同时也对有条件的省份建立省一级数据中心，把数据尽可能以最快捷最高效的方式发放给大家。

　　高分专项还建立了国家级数据应用技术中心，把各个用户的需求集中起来，由高分专项统一组织，集中全国优势力量攻克技术难关，形成成果共享，通过对于互联网平台等新技术的嫁接来促进空间信息产业和应用信息产业相关企业的发展，为这些企业的发展和促进产业的形成创造友好的环境和优良的条件。