北京日?qǐng)?bào)客戶端 | 記者 劉蘇雅 通訊員 張未 劉錦洋 王琬涵 張?zhí)m蘭
記者從國家航天局獲悉，于8月13日發(fā)射的世界首顆進(jìn)入工程實(shí)施階段高軌合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星陸地探測(cè)四號(hào)01星，經(jīng)過4次變軌后，于近日順利進(jìn)入工作軌道，合成孔徑雷達(dá)（SAR）天線成功展開，完成了衛(wèi)星入軌初期飛控試驗(yàn)主要工作，衛(wèi)星工況正常，狀態(tài)良好，后續(xù)將繼續(xù)開展在軌測(cè)試等工作。
衛(wèi)星工作示意圖
(資料圖)
陸地探測(cè)四號(hào)01星從設(shè)想提出到發(fā)射歷時(shí)15年，研制團(tuán)隊(duì)攻克高軌微波成像、大功率、精密定軌等一系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界上高軌SAR衛(wèi)星“從0到1”的突破。
世界高軌SAR衛(wèi)星“從0到1”
研制陸地探測(cè)四號(hào)01星的想法，始于2008年我國發(fā)生的南方雪災(zāi)、汶川地震等突發(fā)災(zāi)害。災(zāi)害信息獲取是世界各國防災(zāi)減災(zāi)的重要前提，而利用天基遙感手段進(jìn)行觀測(cè)則是絕佳方案，我國自然災(zāi)害種類多、分布地域廣，防災(zāi)減災(zāi)工作十分重要。
合成孔徑雷達(dá)工作不受光照、天氣條件限制，是極端天氣條件下觀測(cè)的一把好手。航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)想到，地球同步軌道SAR衛(wèi)星能憑借高軌道帶來的高重訪、超大幅寬、強(qiáng)機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)低軌SAR衛(wèi)星過境時(shí)間短、重訪時(shí)間長(zhǎng)、觀測(cè)范圍小的不足，同時(shí)具備全天時(shí)、全天候“隨叫隨到”特點(diǎn)，滿足災(zāi)害觀測(cè)要求。
不過，如何讓合成孔徑雷達(dá)在高軌順利成像，可謂是“世界級(jí)難題”。此前許多國家都曾提出過高軌SAR的理論構(gòu)想，但是囿于可實(shí)現(xiàn)性，仍未付諸工程實(shí)施。從設(shè)想提出到發(fā)射，研制團(tuán)隊(duì)一干就是15年，圍繞高軌微波成像、大功率、精密定軌等技術(shù)開展攻關(guān)。
衛(wèi)星研制人員檢查產(chǎn)品數(shù)據(jù)情況
與光學(xué)衛(wèi)星“咔嚓”拍張照不同，SAR衛(wèi)星依靠數(shù)據(jù)反演進(jìn)行成像。陸地探測(cè)四號(hào)01衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師劉立平介紹，為確保成像，研制團(tuán)隊(duì)率先對(duì)成像算法精確性開展研究，對(duì)梳理出的諸多影響成像的因素逐一分析討論，量身定做出一套可行算法。
高軌衛(wèi)星位于“千里之外”，雷達(dá)信號(hào)在太空中傳輸呈指數(shù)型衰減。要確保成像質(zhì)量，如果以同等分辨率的低軌微波雷達(dá)衛(wèi)星發(fā)射的功率密度計(jì)算，陸地探測(cè)四號(hào)01衛(wèi)星必須具備一個(gè)中型火力發(fā)電廠的能量——這顯然行不通。于是，科研團(tuán)隊(duì)提出“時(shí)間換取功率密度”的思路，將衛(wèi)星功率大幅壓縮至萬瓦級(jí)。當(dāng)然，這一功率仍屬國內(nèi)SAR衛(wèi)星榜首，為此，他們研制全新的功率合成系統(tǒng)，并針對(duì)衛(wèi)星載荷、平臺(tái)用電需求定制化升級(jí)電源技術(shù)方案，克服了散熱等一系列問題。
研制人員在核對(duì)載荷數(shù)據(jù)
讓衛(wèi)星在距地面36000千米的茫茫宇宙中確定自己的位置有多難？由于其所在位置高于導(dǎo)航衛(wèi)星，只能“撿”地球另一側(cè)導(dǎo)航衛(wèi)星“漏過來”的微弱信號(hào)，常用方法的精度只能達(dá)到百米左右，遠(yuǎn)不能滿足需求。通過“導(dǎo)航衛(wèi)星+地面測(cè)距”定軌方案及誤差校正手段，科研團(tuán)隊(duì)最終將定軌精度由百米提升至米級(jí)，實(shí)現(xiàn)精密定軌技術(shù)跨代提升。
從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)關(guān)關(guān)突破
當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入工程研制階段，如何讓衛(wèi)星背著國內(nèi)在軌最大直徑的大天線、舉著又細(xì)又長(zhǎng)的天線展開臂飛上天，又成為了研制團(tuán)隊(duì)要攻克的難點(diǎn)。他們巧妙優(yōu)化了衛(wèi)星布局，給大天線找到合適的家，再給天線的“胳膊”安裝關(guān)節(jié)，讓天線展開臂“U型”環(huán)抱著衛(wèi)星“房子”，確保整星能順利搭乘火箭上天。同時(shí)，高軌SAR“大功率”的特點(diǎn)對(duì)衛(wèi)星的供電能力提出了極高要求，高品質(zhì)電源技術(shù)的應(yīng)用確保衛(wèi)星能穩(wěn)定工作。
產(chǎn)品從“設(shè)計(jì)”到“投產(chǎn)”并非易事，大到衛(wèi)星天線，小到一根電纜，都有著重重關(guān)卡等待突破。當(dāng)衛(wèi)星各個(gè)零部件都生產(chǎn)出來，組合在一起試驗(yàn)時(shí)，卻再次遇到了“絆腳石”——大功率單機(jī)產(chǎn)品發(fā)生微放電。面對(duì)全新的產(chǎn)品，研制團(tuán)隊(duì)逐一分析原因，精準(zhǔn)定位至“材料放氣干擾”的故障原因，經(jīng)過近百次的調(diào)試，優(yōu)化出微放電可能性最低的方案。在此基礎(chǔ)上，研制團(tuán)隊(duì)繼續(xù)提出在真空環(huán)境下增加靜置期，最大限度避免放氣干擾，確保萬無一失。
新產(chǎn)品、新技術(shù)也對(duì)驗(yàn)證環(huán)境提出了新要求。為了找到合適的驗(yàn)證環(huán)境，研制團(tuán)隊(duì)跑遍了多個(gè)城市的多個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室，通過一個(gè)個(gè)巧妙、精密的試驗(yàn)，前后歷時(shí)2年終于完成新產(chǎn)品的研制和地面驗(yàn)證。
“減災(zāi)衛(wèi)士”一眼看遍長(zhǎng)江流域
陸地探測(cè)四號(hào)01衛(wèi)星可服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)及地震監(jiān)測(cè)、國土資源勘察及海洋、水利、氣象、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、林業(yè)等7個(gè)行業(yè)應(yīng)用需求，是我國目前行業(yè)用戶最多的遙感衛(wèi)星。未來投入使用后，將進(jìn)一步完善我國天基災(zāi)害監(jiān)測(cè)體系，豐富我國重點(diǎn)區(qū)域觀測(cè)手段，全面提升我國防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)綜合水平，可謂是“減災(zāi)衛(wèi)士”。
這位“減災(zāi)衛(wèi)士”是如何工作的？航天科技集團(tuán)五院遙感衛(wèi)星總體研制人員張慶君介紹，它擁有普查、區(qū)域、凝視、應(yīng)急四種應(yīng)用模式?！罢镜酶摺⒖吹眠h(yuǎn)”使它普查模式單次成像覆蓋面積近六分之一個(gè)中國，一眼望去幾乎能獲取整個(gè)長(zhǎng)江流域的水文信息；區(qū)域模式成像面積約為普查模式的五分之一，但分辨率更高；凝視模式是研制團(tuán)隊(duì)專為國家災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)需求定制化的應(yīng)用模式，可以1小時(shí)量級(jí)為間隔對(duì)受災(zāi)區(qū)域開展持續(xù)多次觀測(cè)；應(yīng)急模式則支撐多地災(zāi)害同時(shí)發(fā)生情況下的監(jiān)測(cè)需求。
陸地探測(cè)四號(hào)01星是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》中的遙感科研衛(wèi)星。國家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心工程副總師孟令杰表示，過去一年，我國共發(fā)射200余顆衛(wèi)星。我國以衛(wèi)星遙感、通信、導(dǎo)航為主體的國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施體系初步形成，后續(xù)將持續(xù)完善國家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)遙感、通信、導(dǎo)航衛(wèi)星融合技術(shù)發(fā)展，加快提升泛在通聯(lián)、精準(zhǔn)時(shí)空、全維感知的空間信息服務(wù)能力。
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