国土资源“守望者”遥感服务“及时雨”——揭秘我国首个民用高分辨率光学业务星座

文/ 高一鸣

3月31日，由航天东方红卫星有限公司抓总研制的高分一号02、03、04星，以“一箭三星”的形式，由长征四号丙运载火箭成功发射。3颗星构成了我国首个民用高分辨率光学业务星座，对我国国土资源调查、监测等领域的遥感应用来说，具有里程碑的意义。

▲ 卫星三维渲染图

▲ 任务LOGO中，编队飞行的三颗卫星

太及时了！看中国资源，用中国卫星

我国早已具备从太空俯瞰地球的能力。但长期以来，由于缺乏整体规划，诸如国土资源调查、监测、监管和国土资源信息更新等工作，由于在较短时间内需要较大体量的卫星遥感数据，不得不依赖国外。

▲ 长征四号丙火箭发射高分一号3颗卫星 马骥 摄

党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央提出“加快生态文明建设，健全国土空间开发、资源节约集约利用、生态环境保护的体制机制”等改革要求和“一带一路”倡议。在此背景下，我国开始进一步统筹和优化陆地资源调查监测卫星的发展及应用，在《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》中明确，开展2米/8米光学卫星（3 颗）工程项目建设，即以高分一号01星为基础，研制高分一号02、03、04星。

“在遥感应用中，高分辨率与大宽幅，即‘看得清’与‘看得广’是一对矛盾体。对于用户来说，能在高分辨率、大宽幅与合理的成本间找到平衡点才是最适合的。”高分一号总体主任设计师王崇羽介绍。

5年前，我国成功发射了高分一号01星，该星的表现得到了国土资源领域用户的高度认可。如今，高分一号02、03、04星已发射成功，可用于国土资源调查、监测、监管与应急等主体业务，还可服务于减灾、环保、住建、交通、农业、林业、海洋、测绘等行业，提供社会化应用，实现国土资源应用中1∶2.5万～1∶5万比例尺遥感数据国产化率达到90%以上的目标，减少重大行业和大用户对国外数据的依赖，全面扭转国内遥感数据市场供需极不平衡的局面，降低国内用户使用同等级遥感数据的费用。

前不久，我国组建了自然资源部。在高分一号02、03、04星发射前夕，自然资源部副部长曹卫星在发射场看望慰问试验队员时说：“新组建的自然资源部更需要高层次、高水平、立体化、多元化的卫星遥感技术，来支撑技术体系的现代化和治理能力的现代化。”在今年开展的我国第三次全国土地调查中，民用高分辨率光学业务星座就将提供高精度、业务化、海量光学卫星遥感数据，可谓“生逢其时”。

不仅看得更清、更准、更齐，而且看得更久、更快、更多

虽说与高分一号01星同根同源，但高分一号02、03、04星作为“业务星”，在性能上比“科研星”有了很大的提升。

在“看得清”上，高分一号02、03、04星有了很大提升。它们相机的量化位数从10比特提高到了12比特，辐射分辨率大幅提高。此外，12比特量化位数能够有效改善图像的动态范围，图像拉伸后可反映更多细节，图像质量也显著提高。

▲ 国土资源部领导与试验队合影

在“看得准”上，高分一号02、03、04星的无控定位精度要求达到了30米，而实际运行时还会更高，远优于高分一号01星的定位精度。因而，相机拍摄更精准。

高分一号02、03、04星分别搭载了两台由508所研制的全色多光谱相机，共计6台。当卫星“编队飞行”观测同一区域时，能做到“看得齐”，即相机响应一致，看同一景物的大小、颜色、亮度一致。这6台相机的响应一致性优于3%，是国际同类卫星星座中的佼佼者。

在卫星发射前后，为获取精确的星上遥感器辐射特性和辐射响应变化，需要对星上敏感器件进行辐射定标。简单地说，就是取个标准景。我国低轨卫星通常采用对地定标，即对地面实景定标，可一旦飘来一朵云，就会受到干扰。高分一号02、03、04星首次实现我国低轨光学星座对月定标，可有效修正相机的不均匀性，降低对地面校正系统的依赖，为用户提供质量更高的影像。

在成像效能即“看得久”“看得快”“看得多”上，新一批高分一号卫星也很出色。

▲ 三颗卫星并列在总装车间 徐政勤 摄

首先，它们的设计寿命相比高分一号01星更长。当卫星视场旁发生重大自然灾害急需遥感图像时，卫星可以像人转头那样，通过侧摆，把目标区域纳入自己的视线范围。新一批高分一号卫星侧摆25度的机动时间比高分一号01星减少了1/4，响应更迅速。此外，它们每天工作的圈次和时长也有所增加，由高分一号01星的每天8圈成像提升到单星每天14圈均可成像，每天累计成像时间增加了1/4。

“而且这还是基于目前国内数传站的能力，”王崇羽介绍，“如果国内数传能力提高，成像时间还可以更长。”

▲ 卫星状态检查 徐政勤 摄

星座运行模式灵活既能“编队飞行”，又能“天各一方”

我国首个民用高分辨率光学业务星座的任务模式非常灵活，有什么样的任务，星座可以变成相应“队形”，调整相位间隔。

在“编队飞行”中，3颗卫星的相位基本一致，像3只大雁一样飞临上空，实现同一地区一致性成像测试。在该相位模式下，3颗星可采用立体成像模式实现立体成像，也可采用图像拼接模式实现大幅宽成像，更好地满足用户使用要求。

要实现快速重访成像，3颗卫星就要均匀地分布在地球轨道上，像摩天轮的轿厢，每两颗星间隔120度左右。此时，星座具备运行管理及天地协调统筹能力和区域连片无缝覆盖能力，可实现15天全球覆盖、2天重访，长期、连续、稳定、快速获取全球2米全色、8米多光谱影像。此外，还可与高分一号01星共同构建陆地资源调查监测业务星座，将全球覆盖周期缩短至11天、重访周期缩短至1天。

由此可见，业务星座与单星相比优势巨大。而要让3颗星的技术状态如“三胞胎”般一致，实现批量研制与发射，则需卫星及各个配套系统共同努力，严格把控质量关。

为此，卫星研制方航天东方红卫星有限公司设立了产品保证中心，针对每个型号都设立了专职产品保证经理和产品保证助理，使质量工作贯穿于科研生产始终。

“在整星研制中，我们从元器件、空间环境、工艺、材料、软件等方面保证卫星质量受控，每一个方面都进行了相关试验与把关，每一个关键环节都进行了相关评审……”高分一号02、03、04星质量管理负责人郝佳宁说，“总的来说，我们就是把质量工作渗透到研制工作中的每一步，任何一步我们都有相关规定并严格执行，还有监督与复检，并留有记录。”

在大家的共同努力下，高分一号02、03、04星实现“一步正样”，一致状态，一箭三星，锻炼出一支质量意识强的队伍，为今后同类卫星星座建设积累了宝贵的经验。★