中国首颗地球同步轨道高分辨率光学卫星高分－4入轨



中国首颗地球同步轨道高分辨率光学卫星高分－4入轨

China Launches First GSO High-resolution Optical Imaging Satellite GF－4

2015年12月29日，我国在西昌卫星发射中心用长征－3B运载火箭成功发射了高分－4卫星。该卫星是我国首颗地球同步轨道高分辨率对地观测光学成像卫星，空间分辨率为50m，它填补了我国乃至世界高轨道高分辨率光学遥感卫星的空白。

1 “高分”家族添新丁

高分－4卫星是我国高分辨率对地观测系统重大专项（简称“高分”专项）首颗高轨高分辨率对地观测光学成像卫星，也是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星。高分－4可见光近红外谱段分辨率优于50m，可观测面积大，能长期对某一地区固定连续观测，在气象观测、应急救灾、环境保护、森林灾害监测等动态实时监测要求高的领域有很高的应用价值，可成为现有太阳同步轨道对地观测体系的重要补充。

2010年5月，“高分”专项全面启动。其天基对地观测平台将包含十余颗卫星。2013年4月，“高分”专项的首发星——高分－1成功发射，该卫星具有高、中空间分辨率对地观测和大幅宽成像结合的特点，2m分辨率全色和8m分辨率多光谱图像组合幅宽优于60km，16m分辨率多光谱图像组合幅宽优于800km，为国际同类卫星观测幅宽的最高水平；2014年8月，全色分辨率达0.8m的高分－2成功发射，将我国遥感卫星空间分辨率带进亚米时代。2015年6月和9月，我国分别成功发射高分－8和9。相较于上述4颗低轨“高分”系列卫星，高分－4的优势在于其分钟级的高时间分辨率，并结合了较高的空间分辨率。

链接：2006年，我国将高分辨率对地观测系统重大专项列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006－2020年）》，是当年部署的16个重大专项之一。“高分”专项将建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地观测数据获取系统，完善相应的接收、处理和应用系统，与其他观测手段相结合，形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。到2020年，建成先进的陆地、大气和海洋对地观测系统，为现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重大领域提供服务，确保掌握信息资源自主权，促进形成空间信息产业链。

高分－4卫星整装待发（南勇/摄）

高分－4采用了我国首个高轨遥感卫星平台和首台高轨高分辨率面阵凝视相机。其发射质量约5t，设计寿命8年，为我国首颗遥感类8年长寿命卫星；卫星具备高精度定位及姿态快速机动能力；数据下传采用Ka频段，具有较高速率，为300Mbit/s；卫星定位于105.6°（E）。卫星配备1台面阵CMOS相机，并首次采用可见光近红外和中波红外共口径技术，可见光近红外谱段分辨率优于50m，中波红外谱段分辨率优于400m。针对多方面的任务需求和全新的载荷成像方式，高分－4设计了单景凝视、区域拼接、机动巡查等多种与中低轨道遥感卫星完全不同的全新工作模式，通过卫星平台的快速机动和高稳定控制能力，可完成对运动目标持续监视、大范围区域目标快速成像以及多个热点地区的交替巡查。高分－4还可在紧急情况时根据用户需求开启“全天时工作模式”，如观测台风形成过程、监控森林火灾等。

高分－1、2和4卫星情况对比

2 突破高轨遥感卫星多项关键技术

2016年1月5日，高分－4发回首张图像，图像质量优越，达到预期目标。此次成功成像，意味着卫星抓总研制单位——中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院在多项关键技术上实现了突破。

突破长寿命、高可靠技术，

有效应对高轨复杂空间环境

高分－4在轨设计寿命8年，是我国首颗遥感类8年长寿命卫星。为确保卫星在高轨道复杂的空间环境里抗高温、抗辐射，其材料及设备不会衰变或发生故障，研制团队对相机、控制以及元器件和原材料等关键环节进行了系统改进。为应对太阳暴晒，设计人员提出了“阳光规避”模式，由控制系统自动躲避太阳；为应对辐照，研制人员对原来应用于低轨卫星上的电子学单机以及光学膜系进行了抗辐照设计，提升了空间环境适应能力。

实现快速机动、高稳定控制和高精度

姿态快速机动与高稳定控制也是高分－4的关键技术之一。为此，技术人员突破了“小角度快速机动技术”，为高分－4安装了4个大力矩动量轮。研制人员还采取了全方位的“维稳”措施，从卫星平台的两大活动部件飞轮和太阳帆板驱动机构着手，把振动减到了最小。为了实现快速机动，新研制的“大力矩飞轮”，通过加速或者减速产生反作用力实现姿态调整，大力矩飞轮因其具有输出力矩大、控制精度高、寿命长、质量轻、使用便捷等特点，为我国航天器实现长寿命、高精度、快速机动提供了新的技术途径。此外，为确保卫星高精度指向，高分－4配备了先进的姿态测量敏感器。

创新采用高稳定一体化结构，拍照更稳

高分－4携带的相机口径很大，相机如果不能安装在合适的“三脚架”上，会导致成像模糊。研制人员首次采用了一体化结构，创新设计了一个在太空中“零变形”的“三脚架”。工艺人员设计出一套新型组合式工装，不仅可以一次成型复杂的结构，而且能够同时保证异型结构每一个平面的精度。此外，他们首次采用冷热交变的方式，最大程度释放复合材料结构内部的应力，使“三脚架”更加稳固。

采用多项新技术，研制了我国首台高轨高分辨率相机

在成像质量方面，为更好地适应高轨恶劣的空间环境，高分－4相机研制人员在“高分”相机家族中创造了多个“第一”，如第一次采用亿级像元数的可见光探测器件以及百万级像元的中波红外器件，第一次采用大面阵凝视成像体制，第一次采用中波红外与可见光共口径的光学设计等，使高分－4相机当之无愧地成为我国首台高轨高分辨率相机。此外，首次研制了大面阵红外探测器，研制人员开展了一系列高轨道红外探测器的关键技术攻关，确保了其在高轨道上的首次成功应用。

高分-4研制人员正在忙碌地工作（南勇/摄）

3 开启高低轨遥感卫星协同工作新时代

高分－4的成功发射，开启了我国高低轨遥感卫星协同工作的新时代。利用高分－4长期驻留固定区域上空、快速指向调整能力等优势，可在第一时间、持续高频率获取观测数据；结合高分－1、2等低轨道遥感卫星运行速度快、灵活性和高空间分辨率的优势，实现高低轨遥感卫星“强强联合”，就能使用户既能迅速地“见森林”，又能准确地“见树木”，可为灾害监测、措施应对等提供更有效的技术支撑。

高分－4的成功发射意味着我国遥感卫星跨入协同配合时代，不断向着更好更快地满足用户需求、服务国计民生而迈进。

4 结语

高分－4实现了高时间分辨率和较高空间分辨率的结合，开辟了我国高轨道高分辨率遥感卫星技术新领域。其发射成功同时标志着我国“十二五”期间航天发射任务圆满收官。

2016年是我国“十三五”的开局之年，这一年中，还将发射2颗“高分”系列卫星——分辨率达1m，具备全天时、全天候对地观测能力的雷达成像卫星高分－3，以及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对地观测卫星高分－5。届时，我国高分辨率对地观测卫星体系将更为完善，将为我国国民经济建设和社会发展做出更大贡献。

齐真/文