我國遙感衛(wèi)星“走出去”獲新突破

“委遙一號”“委遙二號”雙星工作效果圖。

委遙二號整裝待發(fā)。 (資料圖片)

10月9日，委內瑞拉遙感二號衛(wèi)星(簡稱“委遙二號”)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。委遙二號是我國向委內瑞拉出口的第二顆遙感衛(wèi)星，由中國航天科技集團公司五院抓總研制，又名“蘇克雷”衛(wèi)星，由委內瑞拉總統(tǒng)馬杜羅命名，以紀念蘇克雷將軍。這是我國遙感衛(wèi)星“走出去”的新突破

遙感衛(wèi)星被稱為觀察世界的“天眼”。作為我國遙感衛(wèi)星“走出去”的新突破，委遙二號衛(wèi)星將進一步帶動我國遙感衛(wèi)星、運載火箭、遙感地面應用、遙感數據和圖像服務等國際化產業(yè)聯(lián)動發(fā)展。那么，“蘇克雷”又有著怎樣智慧而深邃的“目光”?

看得更清更真更廣

——重任在身，“蘇克雷”之眼實現技術突破，搭載了高清“神器”

委內瑞拉遙感一號衛(wèi)星(簡稱“委遙一號”)于2012年9月成功發(fā)射，現已在軌穩(wěn)定運行5年。委遙二號將接替委遙一號，應用于委內瑞拉國土資源調查、評價、動態(tài)監(jiān)測與管理、資源利用與城市建設等業(yè)務領域。重任在身，“蘇克雷”之眼需要看得更清、更真、更廣。

“委遙二號衛(wèi)星搭載了高分辨率相機和紅外相機，可以拍攝到地面1米范圍之內的事物，比如清楚地看到地面上的汽車。”中國航天科技集團公司五院相關負責人告訴《經濟日報》記者，相機作為委遙二號衛(wèi)星的“眼睛”，是衛(wèi)星發(fā)揮功能的主要有效載荷。委遙二號衛(wèi)星同時裝載了1臺全色/多光譜高分辨率相機和1臺具有短波和長波的紅外相機，實現了全色、多光譜、短波譜段、長波譜段組合的多譜段、大視場、聯(lián)合對地遙感成像能力，融合幅寬大于30km。

“要保證兩臺相機融合圖像幅寬大于30km，要求在成像過程中兩臺相機視軸一致，這給研制團隊提出了一個技術難題。”相關負責人說，為解決這個難題，研制團隊通過反復論證和試驗，在兩臺相機結構設計、總體設計以及總裝過程中均采取了一系列的控制措施，確保了兩臺相機視軸一致，完美實現了融合圖像幅寬大于30km的設計需求。

中國航天科技集團公司五院508所相關技術人員介紹：“委遙二號衛(wèi)星上的高分相機個頭和小學生的課桌差不多，高分相機分辨率優(yōu)于1米，與我國高分二號衛(wèi)星相機的分辨率相當。與委遙一號上的全色多光譜相機相比，它的分辨率提升了一倍多。視力提高了，看得就更清晰了。”在600多公里的軌道高度運行，高分相機不僅能夠清晰地看到地面上的斑馬線，還能夠較清楚地看出直行和拐彎，分辨出公交車與小轎車，開啟了我國出口國外遙感衛(wèi)星的“亞米級”時代。高分相機“咔嚓”一下，就能把相當于北京城五環(huán)內的景象盡收眼底。

“蘇克雷”的“目光”中流淌的是中委航天情誼。“委遙二號衛(wèi)星是我國對外合作小衛(wèi)星中外方人員參與程度最深的一顆衛(wèi)星。”相關負責人介紹，在委遙二號研制過程中，委方設計師在衛(wèi)星系統(tǒng)層面全部參加，與中方設計師聯(lián)合開展工作。系統(tǒng)設計等崗位上實行人員的“中委雙方1∶1”配比方式，建立“委遙二號衛(wèi)星聯(lián)合研制團隊”，共同進行衛(wèi)星的“聯(lián)合設計”“聯(lián)合AIT”“聯(lián)合發(fā)射”，委方人員約30人全程參與了委遙二號正樣衛(wèi)星所有系統(tǒng)級研制工作。

“中委雙方深度合作的方式也為中國航天創(chuàng)新合作模式提供了良好借鑒。”相關負責人表示。

首次出口的“夜視眼”

——委遙二號的紅外相機是國內小衛(wèi)星中性能最為優(yōu)越的最新產品，可以不分晝夜地工作

“委遙二號首次選用了推掃型紅外相機作為出口衛(wèi)星的有效載荷。委遙二號的紅外相機是迄今為止應用在國內小衛(wèi)星上的性能最為優(yōu)越的最新產品。”相關負責人說，委遙二號紅外相機是一臺同時具有短波紅外三譜段和長波紅外雙譜段成像能力的中分辨率多光譜相機。短波紅外譜段分辨率與當前國際主流陸地資源衛(wèi)星相當，長波紅外譜段空間分辨率提升了三分之一，對被攝物體的溫度感知靈敏度也有了很大提升。委遙二號紅外相機的體積僅相當于一臺A3打印機。

“紅外相機可以不分晝夜地工作，即使在夜間也可以準確將溫度差為0.2攝氏度的兩個目標識別出來。”中國航天科技集團公司五院508所相關技術人員介紹，研制團隊給委遙二號紅外相機進行了一處名為“分裂窗”的獨特設計，這也是首次在國內對地遙感載荷上采用該設計。簡單說，這相當于為委遙二號紅外相機佩戴了一副特殊“眼鏡”，能夠幫助它剔除目標觀測時受到的水汽影響，使它精確“看”出各種地物的溫度，準確判斷城市建筑、流向河海中的污水、石油管道等目標的熱輻射狀態(tài)，在城市建設、國土資源、環(huán)境保護等領域大顯身手。

委遙二號紅外相機是位喜安靜的“冷美人”。為保證正常工作，需利用制冷機使其保持在零下215攝氏度的低溫環(huán)境中。此外，衛(wèi)星平臺的穩(wěn)定度需求也對制冷機的極微小振動提出極高要求。為達到這些需求，科研人員首次研制了具有高制冷能力、低微振動的斯特林制冷機。不過，制冷機工作時產生的微振動會對高分相機的像質產生影響。為降低影響，科研人員采取了相機與衛(wèi)星一體化設計，將該制冷機的微振動輸出降低為同類制冷機的四分之一，確保了高分相機和紅外相機能同時成像，且成像質量良好。

委遙二號紅外相機還擁有短波紅外通道，具備“穿煙透霧”“識云辨雪”的能力，它和高分相機合作，可識別農作物、土壤等不同狀態(tài)反映出的不同譜段信息，幫助用戶實現對多種作物病蟲害的監(jiān)測，精確判斷農作物所受病害程度，開展農作物水量監(jiān)測和長勢監(jiān)測分析，進行作物產量統(tǒng)計等。此外，它還可以實現發(fā)現林火、野火和監(jiān)測石油管道等功能。

為提升相機集成度，航天五院研發(fā)人員為紅外相機配備了短波與長波紅外一體化的三反離軸光學鏡頭，可以同時獲取地面目標的反射太陽信息和表面發(fā)射的溫度信息，實現白天、黑夜的全天候成像。

智能的“眼神”傳遞

——數傳系統(tǒng)關系到整星工作，科研人員為此搭建了數據傳輸通暢可靠的“天地智能高速公路”

“蘇克雷”眼中的豐富所見需要及時傳遞給需要的人。委遙二號成功發(fā)射升空后，隨著數傳天線展開，作為關鍵載荷的數傳分系統(tǒng)將開始數據回傳業(yè)務。在隨后的飛行任務中，衛(wèi)星數傳分系統(tǒng)會將衛(wèi)星相機拍攝的圖像傳回地面，這標志著委遙二號正式開始工作。

“在遙感衛(wèi)星中，數傳系統(tǒng)的研制水平直接關系到整個衛(wèi)星的工作能力。如何傳輸高質量的相機畫面，對衛(wèi)星的數據處理和傳輸能力提出了很高的要求。”中國航天科技集團公司五院相關專家介紹，與委遙一號相比，委遙二號上使用的數傳分系統(tǒng)，功能和性能有了大幅提高。

相比委遙一號，研制人員為委遙二號新研制了兩副數傳天線，使數據傳輸能力提高了兩倍多，碼數率由之前的雙通道380兆提升到900兆，為遙感衛(wèi)星的數據傳輸搭建了“智能高速公路”。

相關專家介紹，當衛(wèi)星在夜晚過境時，只有紅外相機工作，因而占用信道資源比較少。為提高信道利用率，衛(wèi)星上新增了紅外實時傳輸加同時回放固存數據的功能。在夜晚進行紅外實時傳輸的同時，可以對之前存儲于固態(tài)存儲器的數據進行地面回放。固態(tài)存儲器的容量可以達到1Tbps，對于選擇存儲什么內容，什么時候開始存儲，都做到了智能管理，這些都是通過發(fā)送地面指令來實現的。

要實現對數據傳輸的智能管理，安裝在數傳分系統(tǒng)上的開關矩陣事關重大。通過多種切換方式，開關矩陣可提供多通道的數據傳輸途徑，并對數據傳輸途徑有效備份，大大提高了數據傳輸的可靠性。開關矩陣的國產化，成為衛(wèi)星的又一亮點。3只首次在軌使用的國產化小功率微波開關在設計之初，就通過優(yōu)化設計，改進驅動結構，做到了“減重瘦身”，實現了小型化應用。為提升國產化產品的性能，在設計仿真過程中，科研人員還實現了對整機整體性能的電磁聯(lián)合仿真，確保了產品本身性能的可靠性。

據了解，中國航天科技集團公司五院研究人員從2015年正式開始數傳分系統(tǒng)的研制任務，期間經歷了從方案設計、初樣到正樣的研制階段。在研制中，克服了相機變化、接口復雜程度高等難關，進行了大量適應性修改，歷經了高低溫試驗、振動試驗、熱真空試驗以及老煉試驗等重重考驗，打造出通暢可靠的“天地智能高速公路”。

5年來，委遙一號衛(wèi)星服務惠及民生，在委內瑞拉環(huán)保、通訊、測繪、醫(yī)療、偏遠地區(qū)教育等領域發(fā)揮出重要作用，已使近800萬委內瑞拉民眾受益。接棒委遙一號，“蘇克雷”必將更深情地“守望”委內瑞拉。

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