空间技术新跨越 “遥感”地球添“神探”—访高分-3卫星总指挥兼总设计师张庆君

本刊记者　宗体 齐真

空间技术新跨越 “遥感”地球添“神探”—访高分-3卫星总指挥兼总设计师张庆君

本刊记者宗体 齐真

甄小云/ 摄

2016年8月10日，对于中国航天来说，又是一个喜庆的日子。在太原卫星发射中心，长征-4C运载火箭托举起高分-3卫星划破苍穹，顺利升空。至此，我国自主研制的首颗C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星，同时也是世界上性能最先进的C频段多极化合成孔径雷达卫星发射成功，中国空间技术发展又跃上了一个新的高度。在卫星发射成功后，高分-3卫星总指挥兼总设计师张庆君接受了记者的专访。

记者：张总，热烈祝贺高分-3卫星发射成功，业内和用户非常关注高分-3卫星的发射，期待着这颗卫星早日上天，造福社会，高分-3卫星工程的任务和意义是什么？

张庆君：高分-3卫星是我国“高分辨率对地观测系统”国家科技重大专项的研制工程项目之一，是“高分”专项民用领域中唯一的相控阵雷达成像卫星，这颗卫星的发射和应用，在我国高分辨率对地观测系统建设中的地位举足轻重，对于“数字中国”的建设非常重要。

高分-3是我国“高分”专项民用领域中唯一的合成孔径雷达成像卫星。与光学遥感卫星利用可见光探测成像不同，合成孔径雷达卫星避免了光学成像受光线和天气的约束与影响，把人的视野由可见光、热红外、远红外带入到微波辐射区，从而解决了光学遥感观测不到或观测不足的问题。

高分-3作为一颗具有1m分辨率的C频段多极化合成孔径雷达成像卫星，它能够全天候和全天时实现对全球海洋和陆地信息的监视、监测，并通过左右姿态机动扩大对地观测的范围和提升快速响应的能力，其获取的C频段多极化微波遥感信息，可以服务于我国海洋、减灾、水利及气象等多个行业及业务部门，是我国实施海洋开发、陆地环境资源监测和防灾减灾的重要技术支撑，卫星所提供的可靠、稳定的高分辨率微波图像数据，将彻底改变我国民用天基高分辨率合成孔径雷达图像全部依赖进口的状况，为国内各行业用户提供连续、高质量、高精度对地观测数据。此外，高分-3卫星工程的研制实现了我国低地球轨道长寿命、高分辨率卫星研制技术的重大跨越，不仅将推动我国空间技术的发展，还将在引领我国民用长寿命高分辨率微波遥感卫星应用方面起到重要的示范作用。

记者：都说高分-3是一颗非常“神气”的卫星，对于我国构建高分辨率对地观测系统正当其时，请您介绍一下它到底有多神气？

张庆君：对地观测卫星的重要使命是防灾、减灾，这就要求越是在灾害性天气下，越是需要卫星提供实时的、连续的数据，可见光学遥感有可能在最需要它的时候却难以获取有效数据。据统计，由于受到光线和天气的影响，卫星光学探测所获得的数据中，有50%～60%都是无效数据。而高分-3利用微波进行探测，属于主动探测载荷，自己发射信号并接收地面反射的回波信号成像，它不需要借助光线，不管刮风下雨，不管白天黑夜，它照样工作。特别是对云层、地表植被、松散沙层和冰雪具有一定的穿透能力。因此，它可以弥补卫星光学探测的不足，给人们提供更多、更为全面详尽的信息；高分-3是一颗不论在陆地和海上都可以应用的卫星，做到了“海陆全能”，特别是对于海洋维权、海洋开发和海洋资源保护具有重要意义；根据功能和使命的不同，地球遥感探测卫星可以划分为L、S、C、X等多种频段，L、S、C、X频率逐渐升高，频率越高穿透力越差，频率越低穿透力越强。假如我们用这四种频段来看一颗树，X频段只能用它来看树梢；L、S频段只能用它来看树根；而C频段介于两者之间，能看到地表到树干，尤其利用这个频段对海洋环境和目标进行探测的优势就更加突出。打个比方，医生分为中医和西医，在医学诊断中，中医通过“望”看外在表象诊断病情，如果我们把可见光遥感比喻为中医看病的话，那么，高分-3就是西医中的B超，可以一下子洞察到人体内部的各种变化和信息。

记者：高分-3创造了我国乃至世界微波遥感卫星发展史上的多个第一，填补了多项国内外空间技术发展的空白，卫星的发射成功和应用，充分彰显了中国航天的科研实力和研制能力。

张庆君：是的。高分-3卫星2011年完成关键技术攻关和方案阶段的设计工作，2012年工程立项，归纳起来，卫星研制工程有五大特点。

一是新体制、定量化。与以往研制的卫星相比，由于该卫星所承担的任务和用途不同，为使其获取更多的信息，采用了全新的体制和多极化的设计，使得卫星可以尽可能把来自于各方面的信息都收集起来，传递给地面，从而为全方位获取地表的4种极化信息提供依据。高分-3的分辨率可以达到1m，是世界上分辨率最高的C频段多极化卫星。同时，高分-3获取的微波图像性能高，不仅可以得到目标的几何信息，还能支持用户的高定量化反演应用。

二是多模式、多功能。高分-3有12种工作模式，是世界上工作模式最多的合成孔径雷达遥感卫星。它不但可以对陆地观测、也能对海洋观测；不但能够大范围的普查，也能够对特定的目标进行详查；不但能够看到目标，还能够对目标精确测量；具有全天候、全天时、全方位的特点。因此，说它是“太空多面手”恰如其分。值得一提的是，我国是一个自然灾害频发的国家，天基信息系统建设的任务繁重，这种“一星多用”，一次发射，多方受益的设计思路，也充分彰显了中国航天一直坚持和实践的少花钱、多办事的“中国特色”。

三是长时间、大功率。我们知道，卫星的载荷能力是由功率决定的。高分-3的功率达万瓦级，可以获取高性能的微波图像。同时高分-3是我国首颗连续成像时间达到近小时量级的合成孔径雷达卫星，极大地提高了卫星获取数据的能力。

四是大尺度、高精度。高分-3是我国低地球轨道上第一颗超尺度、大翼展卫星，卫星的天线有15m长，2个太阳电池翼展开后，卫星的翼展达18m。超尺寸、大翼展给卫星的设计、研制、试验验证、定姿定轨和在轨运行稳定性等等都带来了巨大的挑战，研制如此超尺度、大翼展的卫星，在中国空间技术发展史上从未有过。在大尺度的基础上，卫星需要实现高姿态稳定度、高天线型面精度和温控精度，这在以往卫星研制中也是少有的。

五是长寿命。高分-3是我国低地球轨道上第一颗设计寿命达8年的卫星。此前，我国低地球轨道上的卫星设计寿命最长为5年，而高分-3则增加了近一倍。长寿命使得卫星可以获取更多的观测数据，极大地提升卫星效益。

记者：研制这样一颗高难度、上台阶的卫星，对于中国航天来说是一次巨大的挑战，研制队伍是怎样战胜困难，实现技术跨越，满足用户要求，出色完成任务的？

张庆君：正如你所说的，高分-3的研制工程对于研制队伍来说，是从未面对的领域，从未经历的挑战，从未遇到的考验。5年来，研制队伍坚决贯彻落实国防科技工业局，工程总体，中国航天科技集团公司及其所属中国空间技术研究院的各项要求，在严格落实相关规定，充分继承借鉴以往卫星工程研制经验的基础上，带领参研队伍创新开拓，狠抓落实，为型号的成功奠定了坚实基础。

1）技术创新破难关。高分-3的使命是为用户提供一颗服务领域广，服务质量好的应用卫星，如果满足不了用户的要求，研制出来的卫星不好用，一切都是零。5年来，我们按照国防科技工业局“‘高分’系统凯歌要奏在应用上”的要求，矢志攻关，潜心落实，研制高水平、高性能卫星，履行为用户提供高品质服务的使命，一刻也不敢懈怠。实现这个目标的首要关键在于扫清技术障碍。可以说，高分-3研制过程是一个不断探索突破，不断创新实践的过程。在工作中，参研团队面对全新的领域和用户严苛的要求，瞄准国际一流集智创新，通过破解关键技术，实现卫星的功能性能，通过技术创新来更好地体现为用户做好服务上。我们先后攻克了低轨道卫星长寿命高可靠设计、分析及验证技术，大挠性高精度高稳定卫星控制技术，高品质万瓦级脉冲大功率电源及多母线供电技术，卫星机电热一体化、数字化三维协同设计及制造技术，轻量化、双极化共壁波导缝隙天线技术，大功率、C频段四通道T/R组件技术，大型相控阵天线高功率合成及高精度指向技术，陆海兼容多模式、多极化成像技术，大型面阵及机构高精度装配、展开及面型控制技术，合成孔径雷达成像性能地面仿真及验证技术等为代表的50多项关键技术，多项技术添补了国内和国际空白，这些关键技术的突破，不仅使我国低轨道高分辨率多极化雷达成像卫星研制技术达到世界先进水平，还为卫星更好地满足用户需求，提供了可靠的保证，开辟了一个全新的卫星应用领域。

2）科学管理无缝隙。在卫星研制中，我们严格按照项目管理程序科学组织实施，通过优化管理流程，加强过程控制，保证了研制的进度和质量。举个优化研制流程的例子：卫星的方向图有近百万个波位，在进行卫星常规测试中，要求全部都要测到，而测一个波位需要5～6h，近百万个波位加起来所需要的时间是个天文数字。为在规定的有限时间里完成卫星研制任务，又满足测试要求，我们大胆转变工作思路，进行项目流程优化，提升测试手段，采用“金字塔”、“积木式”的测试方式，变集中测试为分段逐级测试，从而实现了对需测波位的全面覆盖，仅用两个月就完成了以往需要一年才能完成的测试任务，最大限度地节省了测试时间，保证了测试质量。再举一个加强过程控制的例子：卫星上携带的国内首个星载4通道C频段大面阵天线载荷收发组件，集成度高、全自主研制，该产品对确保卫星应用非常关键，其中任何一个点出问题，都将给型号进度和卫星的质量带来严重的影响。为确保万无一失，我们在进行方案优化和系统仿真的基础上，从元器件设计源头开始，就严格按照宇航标准进行质量控制和组织生产，连一个元器件、一个焊点、一颗螺丝钉、一个环节都不放过。为严格管理关键环节，在生产过程中，我多次前往厂家实地检查执行过程及质量控制情况，特别是仔细检查工作细节和工艺，真正做到眼见为实，从而避免造成反复和无用功，实现了一次成功。

3）密切协同全方位。为打造高水平的卫星，我们中国空间技术研究院抓总，联合中国科学院电子学研究所、南京电子技术研究所等国内优势单位共同参与卫星相关分系统的研制；同时卫星的主用户包括国家海洋局、民政部、水利部、中国气象局以及十几个行业，各个用户的要求都各不相同。面对这种特点，我们始终坚持中国航天“有问题共同商量，有困难共同克服，有余量共同掌握，有风险共同承担”的“四个共同”的工作理念，以宽广的胸怀与协作单位一起，为着共同的目标奋斗。承担高分-3微波遥感器载荷研制的单位在国内也可谓行业的“武林高手”，但研制这样一颗高水平的微波遥感卫星，对他们来说也是第一次，同样面临着巨大的困难和考验。当他们在研制中遇到技术难点和困惑的时候，我们就多次主动靠上去，一起帮助他们分析技术细节，优化技术和管理，协助他们解决困难，为他们完成任务提供了有力的支撑。

4）风险管控全过程。研制队伍始终坚持阶段性风险预判分析制度，对于卫星研制过程中可能遇到的风险，做到精准预判，精确对策，精心化解。阶段性风险预判分析制度的建立，有效规避了研制风险，保证了进度和质量。比如，由于该卫星是我国第一颗低地球轨道长寿命卫星，围绕着确保卫星寿命，我们在提高卫星总体设计水平，不断优化设计的同时，抽调技术骨干，关起门来进行了多轮风险分析工作，梳理出了数十项影响和制约卫星长寿命的关键风险，在通过充分试验验证摸清机理的基础上，逐条完善了应对措施。根据过往卫星工程的经验，星用元器件、原材料是影响卫星长寿命的重要因素。为降低由于元器件、原材料给卫星寿命带来的风险，我们组织力量通过调研其他型号、深入生产厂家调研工艺过程、查对各种资料等形式，下功夫进行数百种元器件、原材料的摸底工作。在摸清元器件、原材料的空间性能、在轨应用状况等各种数据的同时，借助各种平台，多角度地进行单机、组件和材料的寿命、性能试验，尽可能掌握第一手基线数据，制订科学选用措施，以最大限度地规避使用的风险。同时，我们还加强和改进了多项工艺和处理方法，以确保卫星长时间在轨运行，在太空环境下元器件、原材料老化、退化的情况下，也能最大限度地发挥性能。风险预判和有针对性的有效质量控制，为确保卫星研制任务的按期完成和长寿命奠定了基础。

5）试验验证全覆盖。为达到设计性能，实现研制长寿命卫星的要求，我们的理念是试验验证没有选项，按要求、按规范、按程序、按标准，该做的试验一项不减，该完成的步骤一个也不省，该达到的指标一点也不能差。在卫星研制过程中，我们按要求完成了单机软硬件产品研制、试验和测试验证，分系统试验和分系统间联试，卫星的结构部装、总装、电性能综合测试、大型试验等总装、集成和测试（AIT）工作。与此同时，重点围绕8年寿命进行了大量的专项试验和可靠性专项试验，不少单机和部件的试验在卫星工程立项之前就开始了。作为目前国内翼展最大的卫星，高分-3的太阳电池翼及雷达天线展开机构的验证是确保能否成功展开、能否可靠应用的关键。为做到验证充分，我们创新研制了地面设备，探索了一系列试验方法，保证了在多种情况下试验的成功。通过利用科学手段进行仿真和试验验证，为型号的成功加上了“保险锁”。

6）“工匠精神”砺“新军”。人力资源管理是项目管理的重要内容之一。任务、计划、进度、质量、风险等管理中很重要的一点是让合适的人干合适的事。研制低轨道长寿命、高分辨率微波遥感卫星，对于高分-3研制队伍来讲，无论是老同志还是新同志，都是“新人”，面对的都是新领域、新课题、新挑战。为了磨砺一支能打硬仗的队伍，5年多来，我们始终坚持用航天传统精神激励队伍，用探索未知领域，不怕艰难困苦，追求完美极致工作状态要求队伍，努力培育精细、精心、精湛的“工匠精神”，在队伍中形成了求深求实、尽善尽美的良好文化。同时，实行技术问题集体把关，工作难点集体研究，重要工作提前预案，关键环节明确对策等做法，这些做法对于发挥集体的智慧，避免一人水平代表整个卫星的水平，对于启发群体的思维，提升队伍整体水平，牵引队伍尽快成长起到了至关重要的作用，使我们的团队在重大航天工程任务中得到快速成长。

在采访结束的时候，张庆君总师说，高分-3的研制成功是国防科技工业局、中国航天科技集团公司科学决策、正确领导的结果，是中国空间技术研究院有力科学组织以及各参研单位共同努力的结果，在此表示衷心的感谢。同时他说，高分-3发射成功只是“万里长征”的新起点，确保卫星成功应用和8年寿命，研制队伍和应用单位都怀着同样的使命，面临着共同的考验。我们将与有关单位，特别是地面应用单位一起，再接再厉，并肩战斗，让卫星更好地为服务用户、造福社会做出应有的贡献，书写我国微波遥感卫星应用新领域的新篇章。

With New Breakthrough of Space Technology， a New Remote Sensing Satellite Came into Being: an Interview witHzhang Qingjun，Chief Commander and Chief Designer of GF-3 Satellite