高分四号：站得更高，看得更广

刘淮宇

一部精彩的电影，需要多部摄影机在多个机位协同拍摄，大画幅、中景、近景各种景别共同呈现，才能为观众营造出身临其境的观影效果。而分布在地球周围不同轨道上的遥感卫星，就如同一部部巨大的摄影机，时刻记录着地球上的“风云变幻”。

当然，遥感卫星上搭载的肯定不是普通的摄影机，而是分辨率极高的遥感相机。高分四号卫星相机就是我国光学遥感相机系列中的最新产品，它是由中国航天科技集团公司第五研究院508所研制的，是我国第一台高轨高分辨率对地观测光学遥感相机。

它作为我国第一颗高分辨率对地观测卫星，高分四号卫星运行在距地36 000千米的地球静止轨道，具有高时间分辨率和较高空间分辨率的优势。特别值得一提的是，高分四号卫星的空间分辨率是目前地球静止轨道遥感卫星的最高水平，国际上尚无此类卫星。

独具优势，应运而生

2013年和2014年，高分一号、高分二号卫星相继发射并投入使用，标志着我国光学遥感卫星应用进入了一个新阶段，高分二号卫星的空间分辨率首次精确到1米以内，更是引领中国卫星遥感进入了亚米级（1米以内分辨率）时代。

低轨光学遥感卫星空间分辨率高，成像清晰，但它的成像观测视野较小，对固定区域重访所需周期较长，时间分辨率相对较低。高轨光学遥感卫星刚好可以弥补低轨遥感卫星的不足，两者结合使用才能达到最佳效果。

正是由于这种需要，高分四号卫星被纳入我国高分专项工程计划，于2012年正式立项，开始工程研制。与高分一号、高分二号卫星相比，高分四号卫星运行轨道距离地面约36 000千米，是高分一号、高分二号卫星轨道的50倍，站得更高，自然可以看得更广。更为重要的是，它可以长期驻留在固定区域上空，对中国及周边地区进行接近实时的高频次重复观测和多热点地区快速巡查，几乎每时每刻都在“直播”地面上的情况变化。

高分四号卫星作为中国第一颗地球同步轨道光学遥感卫星，采用面阵凝视方式成像，具备可见光、多光谱和红外成像能力，可见光和多光谱分辨率优于50米，红外谱段分辨率优于400米，设计寿命8年，通过指向控制，能够实现对中国及周边地区的有效观测。

重重难关，逐一攻破

早在2006年左右，国际卫星遥感领域就提出了研制“站得高、看得广”的高轨光学遥感卫星的思路，欧洲一家宇航公司更是率先制订出卫星研制计划，但受制于应用需求不足等原因至今都没有完成研制，更别提发射了。

也就是同时期，由于我国高分专项工程高分辨率对地观测系统实际需要，第五研究院开始了高轨光学遥感卫星的工程研究工作。研制团队确定了高轨光学遥感卫星总体设计、卫星姿态快速机动与高稳定控制、高轨遥感卫星长寿命、高稳定的一体化结构设计等6项关键技术，组织力量进行逐一攻关。

这些关键技术都是根据高分四号卫星运行在高轨的特殊工作环境，还要实现相机对地高精度观测成像的要求梳理出来的，无论在国内还是在国际上都算是攻关难度极大的技术领域。

以高轨光学遥感卫星总体设计技术攻关为例，高分四号卫星研制团队无法照搬原有的低轨光学遥感卫星平台进行设计，最终在通信卫星平台基础上集通信、遥感、导航卫星技术之大成，突破了总体设计关键技术，设计出了我国首个高轨光学遥感卫星平台。该平台可成功应对卫星工作环境恶劣复杂、相机成像质量要求高、工作模式稳定度难以保证等各方面的挑战，使得高分四号相机“骨骼硬、端得稳、拍得清”。

整个卫星约200套产品中，像高轨高分辨率对地观测光学遥感相机这样的新产品占到了33套，约占产品总数的1/6，这些数据从一定程度上反映了这颗卫星的研制难度和创新性。

多方协同，共商应用

2015年11月，高分四号卫星通过空运抵达西昌卫星发射中心。在此之前，卫星在北京进行了为期8个月电性能测试、大型力学试验和热试验，对近30种卫星工作模式、上百种故障模式进行了细致测试。

由于前期准备工作扎实，卫星在发射场测试期间没有发现任何质量问题，与成熟火箭“长三乙”的星箭接口对接工作也十分顺利。在卫星测试厂房的一张工作流程图上，每完成一项工作就会在上面盖上一个红旗戳，最后一个环节就是“卫星发射”。2015年12月29日，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射高分四号卫星。

“卫星设计得再好，最终还是为了应用。”在高分四号卫星的总工程师看来，卫星研制出来并实施发射只是卫星发挥其效用的第一步，必须高度重视地面系统和应用系统工作，梳理清楚数据应用流程，最大限度地方便用户使用，满足用户的实际需求。

高分四号卫星的用户包括减灾、林业、地震、气象等方面。利用定点于赤道上空对中国及周边区域持续观测和快速指向调整的优势，这颗卫星既可以对国土植被覆盖、地震预警进行常规普查，还能在灾害、特殊天气变化发生的第一时间内对相关区域进行接近实时的跟踪观测。有气象专家推测，利用高分四号卫星50米分辨率遥感相机，可对云层的微物理变化过程进行实时观测，这有利于我们加深对天气变化的研究、提高天气预报精准度。

2016年1月5日，高分四号卫星发回首幅图像，图像质量优越，达到预期目标。2016年2月3日，国防科技工业局对外公布了高分四号卫星获取的首批影像图。随着图像的不断传回，高分四号卫星的价值已经不言而喻，真正实现了“站得更高，看得更广”的目标。