开辟我国遥感卫星新领域——访高分－4卫星总指挥兼总设计师李果

本刊特约记者 宗轩



开辟我国遥感卫星新领域
——访高分－4卫星总指挥兼总设计师李果

本刊特约记者 宗轩

Opening Up a New Field of Remote Sensing Satellite in China: an Interview with Li Guo, Chief Commander and Chief Designer of GF－4 Satellite

（甄小云/摄）

2015年12月29日，高分－4 卫星在西昌发射成功，7天后，卫星成功定点在预定的地球同步轨道。在卫星成功传回第一幅高质量图像之际，本刊记者采访了该卫星总指挥兼总设计师李果。

记者：李总，祝贺高分－4卫星发射和定点成功，请您谈一谈这颗卫星的基本情况。

李果：作为我国高分辨率民用遥感系列卫星的重要组成部分，高分－4是一颗高轨道也就是地球同步轨道的高分辨率光学遥感卫星，是我国遥感卫星研制领域第一次向高轨道进军，它的发射和运行成功开辟了我国遥感卫星应用新领域。

高分－4卫星与我国已发射的近地轨道遥感卫星相比，具有5个不同的特点。一是运行轨道不同，以往发射的遥感卫星都是运行在距地球400～1000km的低轨道，而高分－4卫星则运行在距地球36000km的高轨道；二是遥感手段不同，以往我国发射的遥感卫星采取的是线阵推扫方式成像，高分－4卫星采用了面阵凝视成像；三是控制体制不同。该卫星是在我国中低轨道遥感卫星、高轨道通信卫星和导航卫星基础上研制的，采用了先进控制体制配合高精度测量敏感器和执行机构，具有整星快速机动和高稳定度控制的特点；四是遥感器尺寸不同，高分－4卫星搭载了目前我国口径最大的面阵凝视光学遥感相机，最大限度地保证了地面分辨率和成像幅宽；五是设计寿命不同，以往遥感卫星一般要求设计寿命3～4年，而高分－4卫星则要求整星设计寿命达到8年，是我国目前设计寿命最长的遥感卫星。

记者：此前世界上有没有高分辨率地球同步轨道遥感卫星？我国为什么要研制高分辨率地球同步轨道遥感卫星？

李果：高分－4卫星不仅是我国第一颗高分辨率地球同步轨道遥感卫星，也是世界上第一颗高分辨率地球同步轨道遥感卫星，填补了我国乃至世界高轨道高分辨率遥感卫星的空白。据了解，高轨道高分辨率遥感卫星在世界上还未有过，近年来，美国在进行高轨道高分辨率遥感卫星的技术研究，欧洲也在进行研制高轨道高分辨率遥感卫星的技术论证，但由于欧洲国土面积较小，研制高轨道高分辨率遥感卫星的需求对他们来说并不迫切。而我国由于国土面积幅员辽阔，气象观测、抢险救灾、环境保护、森林保护等对高轨道高分辨率遥感卫星需求非常强烈，因此，催生了高分辨率地球同步轨道遥感卫星研制工程的实施。

记者：请您谈谈我国研制高分－4卫星有什么意义和用途？

李果：我国实施高分－4卫星工程，是突破“同时具有较高空间分辨率和高时间分辨率光学遥感”关键共性技术的一项战略部署，对高轨道高分辨率遥感卫星技术发展具有开创性的重要意义，并为我国研制高时间分辨率、高空间分辨率遥感卫星奠定了基础。

高分－4卫星的成功发射，不仅使我国卫星“家族”又增加了一个新的应用卫星品种，也开辟了我国地球同步轨道较高分辨率对地观测的新途径。我们知道，地球同步轨道卫星犹如挂在天上静止不动，高分－4卫星可利用长期驻留固定区域上空、快速指向调整能力、灵活的任务编排、成像积分时间可调等优势，在第一时间、持续高频率获取监测数据，实现对中国及周边地区的连续实时观测。比如对台风的观测，中低轨道卫星由于轨道低，不仅观测面积小，运行速度快，制空时间短，回归时间长，而且对感兴趣的地区观测不能持续，需等卫星运行一圈过来再进行观测，台风的发展态势早就发生了变化。而高分－4卫星由于运行在地球同步轨道，所以不仅能连续地提供台风发展变化的信息，而且对台风的纹理等细节一目了然，可以为有关部门预测台风的发展趋势，及时采取应对措施提供帮助。高分－4卫星主要用户为民政部国家减灾中心、中国气象局国家卫星气象中心、中国地震局地震预测研究所、中国林业科学研究院资源信息研究所等，各用户和相关单位可以利用该卫星响应迅速、覆盖范围大等特点与低轨道遥感卫星配合使用，为我国减灾救灾、林业应用、环境监测、海洋应用和气象应用等多个领域提供快捷有效的支持。

与以往我国遥感卫星采取线阵推扫不同，高分－4卫星是我国第一颗面阵遥感卫星。卫星成像幅宽大，一次成像可覆盖500km×500km的面积；卫星具有全色、多光谱和红外成像能力，可见光相机多光谱分辨率达50m，红外谱段分辨率达400m；卫星可通过快速指向控制，进行大范围实时、连续机动成像和高时间分辨率成像相结合的综合观测，获取较高地面像元分辨率和多谱段地面图像信息，还能对用户感兴趣的地方采用连续观测、凝视观测、区域成像、机动成像等多种模式进行观测，在满足减灾、气象、地震、林业等多个业务系统的应用需求上发挥重要的作用。

记者：据了解，该卫星研制中进行了大量的技术创新，请您谈谈这方面的情况。

李果：为了满足任务的需要，我们实现了多方面的技术创新，确保卫星性能和功能的实现：卫星可在数分钟内完成任务机动响应，并对用户指定的目标区域成像；可对目标区域进行高频重复凝视观测，获取目标区域的变化过程信息；可按照用户要求，快速对某一区域进行拼接成像，或对多个区域进行巡查成像，具有较高的使用效率；卫星配置目前我国最大口径的面阵凝视相机，保证了在地球同步轨道上的应用和较高分辨率的实现；卫星控制系统采用先进的控制体制，配置高精度测量敏感器和控制执行机构，实现整星快速机动和高稳定控制；首次在工程上实现大口径静止轨道遥感相机高精度热控技术，保证成像质量；是目前我国设计寿命最长的高轨道遥感卫星，在轨寿命达8年。

记者：这颗卫星的研制突破了哪些关键技术？

李果：高分－4卫星是在借鉴中国空间技术研究院中低轨道遥感卫星、高轨道通信卫星和“北斗”导航卫星研制经验的基础上，针对高轨道遥感卫星特点创新集成的。在卫星研制中，共突破了以下6项关键技术：

1）地球同步轨道光学遥感卫星总体设计技术。总体设计是卫星研制工程的关键，而进行高轨道遥感卫星设计，在世界上尚没有工程实现先例。承担高轨道遥感卫星研制工程的中国空间技术研究院总体部技术人员在没有在轨飞行先例，没有成熟的技术体制可供借鉴的情况下，通过对高分辨率地球同步轨道遥感卫星总体设计关键技术进行研究，深入分析和梳理出总体设计工作的重点和难点，突破了总体设计技术，设计出高水准的卫星总体方案，形成了我国首个高轨道遥感卫星公用平台。

2）地球同步轨道卫星状态快速机动与高稳定控制技术。与地球静止轨道通信卫星处于相对静止状态不同，为满足对地球进行遥感观测的需要，高轨道遥感卫星需要具备俯仰和滚动状态连续机动的能力，且机动后还要快速实现姿态的快速稳定，因此，高轨道卫星状态快速机动与高稳定控制是该卫星的关键技术之一。技术人员通过此项关键技术的攻关，有效地解决了卫星进行姿态机动与实现姿态快速稳定的关键技术，并通过数学仿真和全物理仿真试验进行了验证，技术指标满足用户要求。

3）地球同步轨道遥感卫星长寿命、高可靠技术。高分－4卫星是我国目前设计寿命最长的遥感卫星，突破地球同步轨道遥感卫星长寿命、高可靠技术，是确保卫星成功应用的关键。为此，技术人员通过对卫星使用模式、运行环境对卫星平台、有效载荷寿命和可靠性影响分析，梳理出了影响卫星长寿命、高可靠的短板环节和风险因素，进行了卫星长寿命高可靠设计与验证方法研究，并开展了星上部件长寿命试验验证等关键技术的攻关，通过实施科学的设计和控制方法与理念，来保证卫星满足在轨8年的使用要求。

4）高稳定一体化结构技术。一体化结构主要是提供高稳定的结构安装平台，用于星载相机与星体结构的连接。通过研究试验，突破了复杂结构复合材料的低膨胀率、结构微热变形等设计技术，满足了一体化结构的高稳定要求。

5）复杂成像条件下高轨道遥感卫星成像质量保障技术。技术人员根据高轨道遥感卫星成像特点，梳理成像链路中对图像质量产生影响的因素，分析各类因素的影响机理；结合卫星指标体系和方案设计，通过仿真方法定量分析各因素对图像质量的影响；在卫星成像质量预先估计的基础上，进一步验证卫星状态及相关分系统技术指标的合理性和可行性；进行卫星成像参数优化、高轨道图像辅助数据设计，给出在轨相机光学系统畸变测量和定标方法，从而保障了卫星图像质量满足用户要求。

6）中波段红外面阵成像技术。高分－4卫星搭载的红外大面阵成像探测器系我国首次研制。为突破该项关键技术，技术人员以核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品（简称“核高基”）项目为依托，完成中波红外探测器组件的工程研制和成像光路设计，并实施了环境对探测器性能影响的试验与考核，以及相应的成像试验，对探测器及红外通道的成像性能进行了验证，从而解决了高轨道红外大面阵探测器研制的技术关键，保证了大面阵红外探测器在高轨道上的首次成功应用。

记者：该卫星是我国第一颗设计寿命达8年的遥感卫星，请您介绍一下在卫星研制中是怎样进行管理和质量控制的？

李果：研制这样一颗长寿命、高可靠、高指标卫星，开发出我国第一个高轨道高分辨率遥感卫星平台，研制队伍深感压力巨大，使命光荣。4年多来，研制队伍在国家国防科技工业局的统一科学决策下，坚决贯彻落实中国航天科技集团公司及其所属中国空间技术研究院的有关规定要求，狠抓落实，着眼于高轨道高分辨率遥感卫星的特点和制约长寿命的薄弱环节，创新管理，集智攻关，确保了卫星研制工程的推进和质量。我们主要坚持做好以下五方面的工作。

一是深入开展风险识别与控制。在按照上级要求开展卫星研制工作的同时，我们联合各有关分系统研制单位，利用专项会议和研讨会等多种形式，集中研讨了高轨道遥感卫星的技术特点、难点和风险点，加大攻关力度。比如，针对卫星相机、数传和控制3个关键分系统，组织专家和技术人员把高轨道和中低轨道卫星的不同特性和关键点梳理出来，集中力量解决由此带来的问题和风险。据不完全统计，梳理出初样阶段52项、正样阶段24项风险点，涉及到33台套产品。对于这些风险点进行技术攻关，采取有针对性的措施加以消除。为确保风险点识别的全覆盖，试验验证全方位，总体部还组织了单位内部机械、热控、电子、结构等专业的专家，对确认的16个重大风险点逐一进行研究把关，对于专家提出的疑虑和建议，型号队伍又进行了专题研究和补充试验，以切实消除隐患。

二是强化研制过程控制。在落实上级有关要求的同时，我们采取强有力的措施，努力把过程控制做深、做实、做细。比如，我们通过对关键特性的识别，共梳理出19个单点失效环节、13个关键项目和30个关键部件，为此设置了76个关键检验点和78个强制检验点，对相关产品研制过程进行严格的控制。对于关键检验点，要求承制单位必须专人跟踪，全过程参与；对于强制检验点，要求总体人员必须现场监督，签字确认。

三是严格质量归零。除了自身型号出现质量问题，按中国航天科技集团公司“双五条”认真归零外，对其他型号研制和在轨卫星出现的问题，我们坚持严格清理查找自身问题。据不完全统计，我们先后针对50多个问题进行了举一反三，除了有针对性地出台加强管理的措施外，进一步加强了试验验证和改进。据统计，先后落实到卫星上的硬件和软件的改进就有十余项。

四是严格技术状态控制。一方面，坚持确定了的技术状态，任何单位、任何人都不能随意改动；另一方面，任何改动都要经过充分论证和上一级组织的专家评审后方可实施。通过采取这些强力举措，保证了技术状态的固化和稳定。

五是利用多种手段加强试验验证。遥感卫星活动部件多，为确保8年寿命，我们充分利用各种手段进行试验验证，对于制冷机、大力矩动量轮、帆板驱动装置等重要部件组件，坚持能进行地面加速寿命试验的一律进行加速寿命试验，确保试验验证到位。通过试验验证，换算能满足8年的要求，不能进行加速试验的，则开展1：1的寿命试验验证，有的试验至今仍在进行。

在采访结束时，高分－4卫星总指挥兼总设计师李果通过本刊向为了卫星研制做出突出贡献的各分系统研制单位和协作单位表示了感谢。同时他说，作为我国乃至世界高轨道高分辨率遥感卫星的首发星，卫星发射入轨、成功出图只迈出了第一步。卫星能否经受住太空环境的考验，能否确保8年寿命，怎样做好在轨测试、维护等问题，既需要时间的检验，也是一个探索的过程，需要做大量的工作和方方面面的共同努力。另外，高轨道高分辨率遥感卫星应用是一个全新的课题，怎样把这颗卫星应用好，也是一个新领域，需要做大量的研究探索工作，我们研制队伍将会同有关单位和用户一道，再接再厉，探索共进，把这颗卫星维护好，应用好，为我国高分辨率对地观测系统建设做出新贡献。

王晓宇/本文编辑