我国首批0.5米级商业高分辨率遥感卫星高景-1年底发射

本刊记者 齐真 本刊特约记者 詹桓 李黎

我国首批0.5米级商业高分辨率遥感卫星高景-1年底发射

China's First 0.5m Commercial Remote-sensing Satellites SuperView-1 Set to Be Launched

本刊记者 齐真 本刊特约记者 詹桓 李黎

2016年，中国航天发射进入了高峰期，完成了不少重大航天任务。时至年末收官之际，中国航天的热度仍未消退，又相继发射多颗影响力较大的卫星。12月下旬，我国即将以“一箭双星”方式发射首批具有全球竞争力的商业遥感卫星高景-1；另外，我国还将发射“全球二氧化碳监测科学试验卫星”，进一步发展我国温室气体监测能力。此前的11月22日，我国中继卫星系统又添一颗天链-1的04星，该星堪与世界一流卫星比肩；12月11日，我国成功发射了具有国际先进水平的首颗第二代静止气象卫星风云-4；还有，9月发射的天宫-2空间实验室上的14项科学与应用任务已取得初步成果。借此契机，本刊特推出中国航天专题，以飨读者。

中国航天科技集团公司着力打造的商业遥感卫星系统高景—1（SuperView—1）的01组星将于2016年12月下旬以“一箭双星”方式发射。高景—1的01组星由2颗相同的光学小卫星组成，分辨率达到0.5m，一旦正式投入运营，将意味着我国终于拥有属于自己的0.5米级国产高分辨率商业遥感卫星，拿到卫星遥感国际主流市场的入场券。

1 应运而生

近年来，商业卫星遥感得到了蓬勃发展，高分辨率的精细对地观测系统发展已成为主流，空间数据的空间分辨率、时间分辨率不断提高。然而，在全球高分辨率商业遥感卫星数据市场上，亚米级高分辨率卫星图像数据仍被国外垄断，我国高分辨率遥感卫星数据产品严重依赖进口；民用高分辨率遥感卫星技术及商业化应用方面仍处于相对落后的状态，成为我国航天遥感的一大“短板”。

2015年，我国出台《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》，明确指出，将按照商业化模式发展优于1m分辨率的遥感卫星；国家“一带一路”战略也明确提出要实现卫星信息互通。这些都为卫星遥感的商业化发展和国际化拓展带来了机遇。

面对国家政策的支持和日益旺盛的市场需求，中国航天科技集团公司于2015年提出，于2022年左右建成一个“16+4+4+X”的先进的商业遥感卫星系统，该系统包括16颗0.5m分辨率光学卫星、4颗高端光学卫星、4颗微波卫星以及若干颗视频小卫星和高光谱小卫星。

此次发射的高景-1卫星由航天东方红卫星有限公司负责抓总研制，中国资源卫星应用中心负责地面系统，卫星完成发射并在轨测试后，交付四维高景卫星遥感有限公司运营。它将为全球用户提供高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱观测能力的对地观测的遥感数据服务和应用系统解决方案服务，以及针对国土资源调查、测绘、环境监测、金融保险和互联网行业的增值服务。

2 国际一流

卫星平台与有效载荷

高景-1的01组星由2颗卫星组成，运行于高530km、降交点地方时10：30AM的太阳同步轨道（SSO），卫星采用CAST3000B平台，单星质量约为500kg，设计寿命为5～8年。2颗卫星在轨组网后，可针对全球南北纬80°之间实现4天的重访周期。卫星可以提供优于0.02°(三轴，3σ)的姿态指向精度，0.001°/s（三轴，3σ）的姿态稳定度以及30°/20s（含稳定）、120°/47s（含稳定）的姿态机动能力。

卫星装有1台高性能光学相机，星下点全色和多光谱分辨率分别达到0.5m和2m，幅宽12km，调制传递函数（MTF）为0.158(静态)/0.09(动态)、信噪比（SNR）最大大于48dB，图像质量指标与国际同等高水平卫星相当，国内指标领先。利用卫星的高敏捷机动性能可实现5条带图像拼接(60km×70km)、3视角立体成像，以及同轨连续多目标成像等7种成像模式，其性能与法国的昴宿星-1（Pleiades-1）等商业遥感卫星水平相当。卫星提供X频段的下行数传通道，可实现传输码速率单/双通道450Mbit/s，最高可达900Mbit/s。

典型成像模式

高景-1卫星具备突出的敏捷性，具有星下点成像、侧摆成像、连续条带、多条带拼接、立体成像、多目标成像等多种工作模式。

（1）多条带拼接成像模式

多条带拼接成像模式是敏捷成像类型卫星特有的模式之一，卫星根据成像指令，利用俯仰和滚动方向姿态机动进行若干次准平行且图像间有一定搭接的成像。该模式主要是满足大幅宽用户需求，可在一轨内完成对一个大型城市成像。

利用卫星敏捷能力，高景-1可实现最多5条带拼接成像，成像区域为60km×70km。

多条带拼接成像模式

高景—1卫星构型示意图（左图为发射状态，右图为运行状态）

（2）多目标成像模式

该模式是卫星按照成像指令要求，在卫星姿态机动可覆盖范围内对所需要的目标进行成像，成像条带长度可根据需要进行设置。该模式可提高卫星快速响应能力，应对各种突发事件和紧急任务需求；同时，也可为小区块成像需求提供服务。

多目标成像模式单个目标范围为12～24km（距离）×500km（方位），一轨内可实现8个目标的成像。

多目标成像模式

（3）立体成像模式

卫星根据成像指令，在可成像范围内对指定长度的区域，利用俯仰和滚动方向姿态机动，从不同的角度进行3次重复地面轨迹成像，形成立体图像。该模式设计目的是满足立体成像和测绘制图用户需求。

利用卫星敏捷能力可以实现同场景的3视观测，成像区域为12～24km×120km。

立体成像模式

（4）连续条带成像模式

该成像模式主要是在完成用户对特定区域的成像任务后，积累全球范围的图像数据。成像过程中，卫星可侧摆不同角度成像（0°～±45°），单轨成像区域为12～24km×4200km。

连续条带成像模式

3 技术特点

高景-1卫星最为突出的技术特点为高敏捷性和高集成度、小型化。

高敏捷机动能力

作为敏捷卫星，高景-1与普通卫星的重要区别就是机动性能好，一是转得快，二是稳得好。这两个特点实现的过程中是存在一定的矛盾的，尤其是在惯量比较小的卫星上。为了解决这个问题，研制团队采用了变速控制力矩陀螺（VSCMG），集合了控制力矩陀螺大的力矩输出和飞轮高的力矩输出精度的优点，能够实现姿态快速机动与高稳定度的综合指标，同时还可以很好的避免控制力矩陀螺群控制率的奇异性问题，这也是目前敏捷小卫星最优的解决方案。研制团队采用的国产小型化变速控制力矩陀螺产品是国内首次在轨应用，突破了多项关键技术，如微型长寿命高速轴系、高精度角位置测量以及高精度伺服控制技术等。同时，针对小卫星的应用需求，还进行了产品的轻小型化设计，满足了轻型平台对质量、功耗的限制要求。

高集成度、小型化

卫星平台大量采用了自主投入研制的先进的智能芯片SOC、SIP、MEU等，实现传统的计算机功能和智能化设备，大幅度提高了产品的智能化和自主化水平，形成了标准化和轻量化的产品体系。高景-1卫星平台利用高度集成的智能化芯片，把单机集成为单板，通过开展电源管理和配电模块集成、应用小型化应答机等设计，最终使得卫星的平台载重比提高到近50%。智能化芯片的应用，还提高了调试过程的灵活性，为后续大批量的生产研制提供了很好的技术保障，提高了整个流程的效率。

4 面向商用

高景-1卫星是我国第一批面向商业用途的0.5米级高分辨率光学遥感卫星，也是中国航天科技集团公司积极响应国家对商业遥感卫星及应用产业化发展的号召、顺应国际商业遥感新趋势自主启动的商业遥感卫星星座的第一阶段建设目标。

对于一个面向商业应用的遥感卫星，市场和用户的需求是卫星设计和研制的重要依据。“商业”、“市场”这些主题词贯穿了“高景”卫星的研制始终，围绕这样的主旨，研制团队从两个方面进行了设计保障。

“好用”、“易用”的卫星

为保证高景-1卫星“好用”、“易用”，研制团队在卫星任务需求分析阶段就组织专业技术人员针对国际主流的商业遥感卫星进行方案搜集、指标分析、应用和用户的调研，汇集了卫星遥感市场上具有重要市场价值的用户需求，综合确定了高景-1卫星“好用”的技术指标和方案。

“易用”，如果等到写“用户说明”的时候再考虑，那就太晚了。在卫星方案设计初期，研制队伍就与用户紧密沟通，将用户的需求消化到设计的方方面面，用技术、用设计来保障“易用”。比如，研制团队设计了面向任务的指令模板，用户无需关心成像任务中卫星姿态具体完成哪些动作，相机和数传应用哪些指令，只要调用相应指令模板即可轻松完成任务。同时，指令模板还支持在轨修改和上注；比如，卫星的测控、星务、姿控、电源等都具有自主健康检查、故障自主诊断、隔离和恢复的功能，大大减轻了在轨维护的难度；再比如，卫星平台的所有CPU软件都具有上注或修改的能力，等等。这些智能化、自主化、可维护的设计在“高景”卫星中随处可见，也正是这些细致入微的设计，使得“高景”卫星界面非常友好，可以帮助用户更加轻松地完成运营任务、更加充分地发掘遥感卫星的应用价值。

成本合理、流程优化的卫星

商业对成本非常敏感，卫星的研制成本直接关系到用户的收益，关系到图像产品的最终价格和市场竞争力。研制团队从优化卫星的系统配置上“省”成本，从产品设计上“省”空间，从研制流程上“省”时间，在保证产品可靠性和任务成功的基础上，科学地“省”，这种“省”的思路也使得研制团队创造了中国空间技术研究院卫星研制的新记录，在17个月内圆满完成了2颗全新卫星的研制任务。

5 后续发展

根据中国航天科技集团公司的规划，将以高景-1为基础建设具有全球竞争力的商业遥感卫星系统。2017年，第3颗和第4颗高景-1也将发射入轨，届时，4颗0.5米级高分辨率光学遥感卫星将实现组网，持续不断地为用户提供数据。到2022年，将建成性能先进、规模较大的商业高分辨率遥感卫星星座，不仅可为测绘、国土资源调查、环境监测等提供优质服务，而且有望激发大量的行业用户和大众消费需求，推动卫星遥感的商业化发展。