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高分四号卫星:2016年6月13日正式投入使用

“高分四号”卫星相机可以分为主光学(反射系统)和校正光学(透射系 统)两部分。主光学采用里奇-克莱琴主光学系统(Ritchey-Chretien System,RC),口径710mm;校正光学将主光学出射光分为可见近红外支路和中波红外主份/备份支路。其中可见光近红外谱段在分色片的前表面反射进入该谱段校正镜组,并通过滤光轮实现不同工作谱段的切换,覆盖波长0.45μm~0.9μm,中波红外谱段则透射过分色片,进入该谱段校正镜组(包括中波红外一次校正镜组、中波红外二次校正镜组I 和中波红外二次校正镜组II),并通过切换镜实现主份/备份光路的切换,覆盖波长3.5μm~4.1μm。


GF-4 卫星采用新研制的高轨遥感卫星平台,卫星总质量5040kg,设计寿命8年,定点在东经105.6°地球同步静止轨道上。

GF-4 卫星凝视相机主要由相机主体、遮光罩、可见光近红外管理控制器、中波红外管理控制器、中波红外制冷控制器和相机温度控制器等设备组成。相机采用面阵凝视成像方式,利用700mm 口径RC 光学系统收集目标辐射信息。辐射信息经分色片分为可见光近红外通道和中波红外通道,再经各通道后继光学系统分别汇聚到各通道焦面探测器上。可见光近红外通道利用滤光轮实现辐射信息5 谱段细分,中波红外通道利用低温滤光片实现中波红外谱段截止。细分后的各谱段辐射能量被探测器转化为电信号,经过信号处理电路读出、A/D 转换后编码送入卫星数传系统。

相机模装图。

1.3 相机系统主要技术途径

为实现凝视相机的研制目标,主要采取了如下技术途径:

1)采用面阵凝视成像方式,可见光近红外谱段与中波红外谱段均采用面阵探测器;

2)采用RC 双反结合透镜组消像差的光学系统,通过分色片实现可见光与中波红外通道分离;

3)采用旋转滤光轮组件,实现可见光近红外多光谱谱段的分时成像;

4)采用星上定标黑体装置,实现中波红外的星上定标;

5)采用脉冲管制冷机,实现中波红外探测器的低振动、长寿命制冷;

6)中波红外通道采用冷备份,通过光路中的切换镜实现主备切换;

7)通过透镜调焦方式实现可见光近红外和中波红外通道的在轨调焦。

1.4 相机关键技术及实现

(1)可见光近红外与中波红外共口径光学系统设计

为满足成像幅宽及像元分辨率要求,选择可见光近红外谱段与中波红外谱段共用主光学的RC 双反系统加校正镜组的光学系统方案,以满足像质和空间布局要求。经优化设计,光学系统构型布局如图2所示:主光学为RC 双反系统,主镜为抛物面,次镜为双曲面;可见光近红外谱段经分色片前表面反射进入可见光校正镜组,通过光路中设置的滤光片实现光谱设定;中波红外谱段则透射过分色片,经过中波红外校正镜组二次成像,从而实现光学系统出瞳与探测器冷光阑的匹配,并通过光路中的切换镜实现主备份光路的切换。


后续业务星将着重在以下几方面开展工作:

1)将星下点可见光像元分辨率提高到15~20m,实现灾害风险普查和灾情详查的结合、风险评估与灾情评估的结合、区域与全国监测能力的结合、灾害凝视与机动观测能力的结合,进一步提升天基灾害监测能力。

2)遥感数据应用的基础层面均需要研究地物目标的辐射特性及变化规律。静止轨道光学遥感卫星在轨成像的辐射条件呈连续变化,对开展不同辐射条件下的地物反射特性分类研究极为有利,其结果可做为静止轨道乃至其它对地光学遥感器的设计和参考,提高遥感系统设计的针对性,提高源头图像产品品质。

3)地球静止轨道卫星具有长期驻空的特点[6],2~3 颗高轨卫星的组网运行,可覆盖更大区域,对更大区域的信息获取、实时监视和立体数据网络建设都有着重要意义。未来多星组网,高轨—高轨配合、高轨—低轨配合,可提升系统综合能力和协作程度,充分发挥静止轨道一专多能的优势,实现空间资源应用效能最大化。

4)随着有效载荷技术的不断发展,世界上静止轨道高分辨率光学观测与监视卫星呈现快速发展的迹象,我国在该方面的需求增长也非常旺盛。为了进一步提高时效性,未来对于海量数据的高速传输、处理与应用效能的提升至关重要,将逐渐从目视识别的使用方式衍变为数据提取与分析的应用方式,由此对于星上数据结构设计、星上实时数据简析以及数据分发方式等均带来新的思考。

GF-4 卫星凝视相机经过6 个月的在轨测试与评价:相机各工作模式功能正常,可见光近红外通道星下点地面像元分辨率行方向48.875m,列方向48.907m;中波红外通道星下点地面像元分辨率行方向390.986m,列方向391.094m;可见光近红外通道幅宽为沿轨500.4km,垂轨500.1km;中波红外通道幅宽为沿轨401.5km,垂轨401.6km;可见光近红外通道几何畸变为沿轨0.78 个像元,垂轨0.66 个像元;中波红外通道几何畸变为沿轨0.54 个像元,垂轨0.51 个像元;图像数据谱段配准精度优于0.3 个像元。图像数据能够满足植被、水体、积雪、云系、大型滑坡、堰塞湖、林地、湿地、森林火点、气溶胶厚度等识别与变化信息提取对遥感数据的品质要求,可有效支撑减灾、气象、地震、林业、环保行业需求


2016年6月6日,高分四号卫星在轨测试报告顺利通过国防科工局重大专项工程中心组织的专家评审。6月13日,国防科工局宣布高分四号卫星正式投入使用。

          高分四号卫星是我国第一颗也是当今世界上地球同步轨道分辨率最高的对地观测卫星,具有普查、凝视、区域、机动巡查四种工作模式,全色/多光谱相机分辨率优于50米、单景成像幅宽优于500千米,中波红外相机分辨率优于400米、单景成像幅宽优于400千米。高分四号卫星的正式投入使用,将为我国环境监测工作提供必要的遥感数据源,并将在大气环境遥感监测等方面发挥重要作用。

        2015年12月29日高分四号卫星成功发射以来,环保部卫星环境应用中心积极利用卫星数据,开展了气溶胶光学厚度、灰霾等遥感监测在轨测试工作。


2016.06.13中国首颗地球同步轨道高分辨率对地观测卫星高分四号今天正式投入使用。高分四号卫星在轨运行的6个月时间内,圆满完成卫星平台系统测试、卫星载荷系统功能测试、星地一体化和地面系统测试、业务应用测试等任务,状态良好,达到研制设计要求。


高分四号卫星地面系统大数据处理创“三新”

来源:中国航天科技集团公司       发布时间:2016-06-01

  近日,据中国航天科技集团公司所属中国资源卫星应用中心透露,高分四号卫星目前正处于在轨测试阶段,状态良好,成像稳定。该中心在圆满完成高分四号数据处理系统研制任务的同时,也为后续卫星数据处理系统建设开辟了一条新道路。

  去年年底,我国成功发射的首颗高轨道遥感卫星高分四号卫星,是迄今世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星,可对我国及周边任意区域进行长时间“凝视”,并以分钟级间隔进行高频率拍摄,对目标区域进行实时监测。

  该卫星的上述新特性及随之产生的海量数据,对数据处理系统的时效性提出了严峻挑战。负责该卫星地面系统研制的中国资源卫星应用中心集智攻关,运用时下流行的云计算技术,突破多项关键技术,实现了三大创新,在国内率先解决了高时效卫星大数据处理问题。

  首先,该中心采用了一种计算与存储统一的云计算处理架构,通过这种全新的计算与存储方式,大幅减少通过网络获取数据的流量,从而提高了系统的计算及存储效率,并解决了存储盘阵单点故障的问题。

  其次, 该中心还研究并实现了适用于卫星数据处理的分布式计算框架。全新的计算框架充分利用了系统的计算能力,成倍地提高了数据录入效率。

  “数据录入”产生的数据称为0级数据,是生产各级卫星影像产品的原材料。该中心采用全新的0级数据存储模式不仅可以充分利用云计算架构的大规模数据并行计算能力,而且能有效解决0级数据生成的性能瓶颈问题,大幅提高了0级数据生成的效率。


中国卫星可“盯紧”船队

来源:中国科技网-科技日报 2016年03月07日

         科技日报北京3月6日电 (记者高博)“去年底上天的高分四号卫星,意义极为重大,不亚于大飞机C919下线。”今天政协小组会上,卫星专家叶培建委员表示,中国的同步轨道对地观测卫星,可盯住目标海域任何一支船队。

         叶培建说:“高分四号是全球第一颗在赤道上空三万六千公里地球同步轨道上的对地观测卫星。它一天二十四小时、全天候地观测中国所在的三分之一个地球。过去我们的观测卫星离地近,虽然看得清楚,但观测区域小。”

        高分四号的可见光器件达到一亿像素;不同于低轨道巡视全球的卫星,它悬停在赤道上空,凝视区域涵盖中国周边、西太平洋和印度洋。

        “大家很关心‘船队’在哪儿。”叶培建说,“过去得正好有卫星经过,才能看见船队,但现在高分四号时刻看得见。”

        之前有评论认为高分四号的五十米级分辨率,难以区别大小相似的油轮和航母;但也有评论称,它可与其他观测卫星配合辨认航母。 


高分四号卫星光学遥感相机:“天眼”惠民生

来源: 中国航天报 日期:2016/02/17

         2015年年底,高分四号卫星搭载国际首台地球同步轨道高分辨率光学遥感相机顺利入轨。这是我国高分辨率对地观测重大专项中唯一一台地球同步轨道面阵凝视相机,也是我国首台高轨高分辨率相机。

        日前,国防科工局公布了高分四号卫星影像,图像层次丰富、纹理清晰,质量优异,标志着我国进入高轨高分辨率遥感时代。而该卫星相机正是由中国航天科技集团公司五院508所所研制。从研制之初,该所科研团队便本着“看得清、看得广、看得灵活”的原则,对相机进行了总体设计。

看得清: 可见光、红外兼备

        高分四号相机是一台同时具备可见光和红外成像能力的高清相机。以往,国际上地球同步轨道光学相机可见光分辨率最高为500米,高分四号的加入令该指标跃升10倍,相当于以前人们从地球同步轨道上只能看到首都国际机场,而现在可以轻松找到国家大剧院。

        地球同步轨道距地面约36000公里,属于高轨区域。若把高分四号相机放在距地面500公里的低轨,其分辨率可达0.69米,并不逊色将我国民用遥感卫星分辨率带进亚米级时代的高分二号。

        为提升相机多维度信息获取能力,508所为高分四号相机配备了国际上地球同步轨道口径最大的可见与红外一体化光学镜头。该镜头可同时获取地面目标的几何信息和温度信息,也能兼顾拍摄黑白和彩色照片。

        在防灾减灾监测工作中,高分四号相机的超强功能将为地面提供更加丰富的信息。它不仅能够知悉受灾区域有多大,还能了解有没有起火,甚至能排查出温度异常的潜在火点隐患。同时,相机的红外成像能力可以保证全天对地观测,神州家园从此有了昼夜工作的火灾报警器。

看得广:“任性”连续拍

       高轨面阵凝视成像的全新成像方式是高分四号相机不同于以往太空相机的最大特点。相机可以在任何时刻盯着地面上的区域进行观测。这就好比人们有了太空摄影工作室,可以任意选择何时拍照、拍照多久、拍照片还是拍视频。

       以前的太空相机只能定时拍照,所以无法获取目标运动的信息,利用高分四号相机的准视频成像功能可以轻松记录运动轨迹,获取目标运动的方向和速度,为灾害发展预测及气象预报提供更为有效直观的数据。

      高分四号相机配备了大规模面阵CMOS探测器和大规模面阵红外探测器及视频电路,这意味着其可实现400公里见方区域的拍照。如果说以往的低轨道太空相机一次能看北京城,高分四号相机则“一眼”装得下河南省。此外,未来利用高分四号相机的图像,气象预报也有望能精确到某条街道。

看得灵活:亮度温度全应对

        在广袤的神州大地上,山峦叠翠,水域纵横,大大小小的城镇星罗棋布般洒落其间,还有辽阔的海疆伸向远方。要对如此色彩缤纷、明暗交错的目标进行高清成像,相机必须具备强大而又灵活的亮度适应功能。

       就像单反相机具有光圈和曝光时间调整能力一样,高分四号相机也可以通过积分时间调整技术控制曝光时间。高分四号相机既可以看清低亮度水面上的船只,同时也能对高亮度的白云清晰成像。

       利用这一功能,高分四号相机可以有效地为灾害监测服务的同时获取高质量的气象云图,为气象预报提供及时连续的数据支持,真正实现我国高轨全天时、高分辨率对地观测能力,开创了天基气象监测新时代。

        此外,地球同步轨道上的温度环境极为苛刻,在相机光照面和背阴面温差高达过百摄氏度,而且一天之中光照条件变化剧烈,这将严重影响相机成像,因此控温成了相机能否正常稳定工作的关键。

        高分四号相机采用了国内首创的高轨大口径光学遥感相机精密热控技术,首次在轨应用了长寿命脉冲管制冷机及控制电路。有了这些措施“保驾护航”,相机自身以及核心焦面部件的温度终年恒温,内部温度的细小波动甚至连人体都感知不到。

        而更令人叹为观止的是,508所科研人员通过不懈努力,为高分四号相机打造的这套冬暖夏凉的“大棉袄”重量只有六公斤。(石志城)


地面接收系统S波段的跟踪精度为0.06度,Ka波段跟踪精度为0.007度,传输数据速率高达每秒300兆比特。

http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/201602/t20160205_303819.html

“高分四号”卫星公布首批影像图  地面应用系统支撑超级视力“凝视”地球
来源:中国气象报社   发布时间:2016年02月05日16:40
  中国气象报记者张静 卢健报道 2月3日,“高分四号”卫星获取的首批影像图正式对外公布。首批影像图影像清晰,层次分明,信息丰富。这是人类第一次从约36000公里外的地球同步静止轨道获得的50米分辨率地球影像数据。据悉,“高分四号”的超级视力将有助于气象防灾减灾。
  “高分四号”卫星于2015年12月29日成功发射,经过4次变轨于1月4日成功定点于东经105.6度赤道上空,并于当日首次开机成像并下传数据。由国家卫星气象中心负责建设的“高分四号”卫星数据接收站在第一时间精确捕获卫星数据,并连续稳定获取全部数据后,中国资源卫星应用中心对获取的原始数据进行了处理。
  “卫星成功发射后,关键的一步就是如何在地面准确无误地获取到卫星观测到的数据,高质量的数据是各个领域发挥应用效益的基础,为此,我们专门研制了高分四号卫星地面接收系统。”国家卫星气象中心主任杨军说。
  “高分四号”卫星是我国首颗地球同步静止轨道高分辨率光学成像遥感卫星。杨军说:“从如此遥远的距离观测地球,对地面接收天线的性能要求极高,为此,我们专门为高分四号设计了口径为15米的Ka波段天线,这也是我国首个静止轨道卫星Ka波段接收天线。”
  事实上,“高分四号”卫星并不是任何时候都在“凝视”地球。当其有观测任务并下传数据时,需要地面天线在极短的时间内,精确指向卫星,才能保证准确接收到数据。这是地面接收系统必须攻克的难关之一。
  据杨军介绍,针对这一问题,国家卫星气象中心设计了平时利用卫星全天时S波段遥测信号不间断跟踪,观测时结合Ka载波信号实现高精度跟踪的方案,星地默契配合,实现了卫星数据的无丢失、高可靠接收。
  在强大的地面应用系统支撑下,“高分四号”卫星可为我国灾害风险预警预报、林火灾害监测、地震构造信息提取、气象预报等提供更加丰富的数据资料。国家卫星气象中心研究员张志清对“高分四号”卫星数据在气象领域的应用十分期待:“利用高分四号卫星50米分辨率遥感相机,可对云的微物理变化过程进行实时观测,这对于我们加深对天气变化的研究、提高天气预报精准度都将产生积极影响。”
  目前,“高分四号”卫星工作状态良好,成像效果稳定,星地配合协调。据悉,“高分四号”卫星将于3月中旬至5月底转入应用测试与评价工作。在应用测试期间,“高分四号”卫星主用户民政部、中国气象局、中国地震局、国家林业局及其他用户部门和有关区域,将利用“高分四号”卫星获取的数据,开展卫星图像质量和应用评价。

高分四号发回首幅图像

付毅飞

    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。

    36000公里轨道高度、50米分辨率,高分四号卫星填补了我国乃至世界高轨高分辨率遥感卫星的空白。此次成功成像,意味着卫星抓总研制单位——中国航天科技集团公司五院在多项关键技术上实现了突破。

    “在36000公里轨道上实现几十米分辨率的卫星,国际上还没有。”高分四号卫星总指挥兼总设计师李果说,五院总体部设计人员在现有通信卫星基础上进行大幅度改进,攻克一系列新技术,形成了我国第一代高轨遥感卫星平台。

    高分四号卫星总体总装设计师余快介绍,高轨卫星与低轨卫星的不同点之一,是要承载很重的燃料。对高分四号而言,除了为相机提供所需力学环境,3吨重燃料的承载问题也是构型重点。高分四号上采取并联燃箱的安装方式,使相机安装面由传统平台的4米降至2米,以获得更好的环境。

    余快说,过去卫星平台设计通常更多地考虑集成性或成熟性,平台和相机耦合并不多。而高分四号星表很多部件都是围绕相机布局,如星敏感器装在相机上以提升稳定度;测控天线装在相机遮光罩顶部,以获得所需的全像视场。相机的热控部件如辐射板,则借助平台获得支撑。

    高分四号采取新型组合式工装,不仅能使复杂结构一次成型,还能保证异型结构每个平面的精度。并首次采用冷热交变方式,释放复合材料结构内部应力,使相机更加稳固。

    李果介绍,该相机首次采用了亿级像素的可见光器件以及百万级像素的中波红外器件、大面阵凝视成像体制、中波红外与可见光共径技术等。

    李果说,该相机可以一次拍出整幅照片,覆盖面积相当于河南省,可以在几分钟内对三个不同区域进行连续成像,并很快处理成数据产品送交用户。紧急情况下,该相机一天内就能对我国疆域实现完整成像,还能捕获动态目标的运行轨迹。

    高分四号卫星相机分系统负责人练敏隆介绍,该相机镜头长约一米,通过分色装置实现了可见光、红外同时成像。在进行可见光拍摄时,相机还能切换全色、红、绿、蓝、近红外五种滤镜。

    练敏隆说,相机阳面温度超过一百摄氏度,阴面则达到零下一百多摄氏度,而镜头对温度非常敏感,温差超过0.2摄氏度,光轴就会偏移。

    研制团队经过两年研究,掌握了复杂环境下相机温控技术,并给相机穿上了三层“保暖衣”,配置了长达2米的巨型遮光罩。

    “导航和通信卫星没有稳定度指标,遥感卫星则不同,高轨遥感卫星的稳定度要求比低轨卫星更高。”高分四号卫星总体主任设计师刘凤晶说。

    刘凤晶说,为满足卫星姿态的机动控制要求,高分四号的动量轮力矩是导航、通信卫星的5倍。要减小其扰动,必须将轮盘质量做到特别均匀,对产品要求极高。

    设计人员为高分四号研制了“微步细分”太阳帆板驱动机构,以“小步快跑”的方式让驱动机构平滑运转,将振动降到最低。

    此外,高分四号相机的红外通道要在低温成像,所需的制冷机也成为扰振源之一。设计人员除了改进制冷机本身,在安装上也采取创新设计,将其装在距相机较远的平台底部,通过传递装置连接热源,既满足降温要求又保证振动不会被传导。

    (科技日报北京1月5日电) 


高分四号发射成功 突破多项关键技术

      今天0时4分,我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。至此,我国2015年19次航天发射任务全部成功,中国航天“十二五”发射任务圆满收官。

        作为我国高分辨率对地观测民用系列卫星的重要组成部分,由航天科技集团五院抓总研制的高分四号卫星是一颗高轨道(即地球同步轨道)高分辨率光学遥感卫星。这是我国高分辨率光学遥感卫星研制领域第一次向高轨道进军,填补了我国乃至世界高轨道高分辨率光学遥感卫星的空白。

       近年来,欧洲也在进行高轨道遥感卫星的技术论证,但由于国土面积较小,他们对于“站得更高、看的更广”的需求并不迫切。我国由于国土面积幅员辽阔,气象观测、抢险救灾、环境保护、国土普查等等对高轨道光学遥感卫星需求非常强烈,由此催生了地球同步轨道光学遥感卫星研制工程的实施——高分四号卫星,高轨道光学遥感卫星的“首发星”。

“五大不同”辨高低

       据研制人员介绍,与低轨道遥感卫星相比,“高分四号”卫星具有五个不同之处。

一是空间环境不同。以往发射应用的遥感卫星都是运行在距地球500千米左右的低轨道和1000千米左右的中轨道,而高分四号卫星则运行在距地球36000千米高的高轨道。高轨道电磁环境恶劣,温差变化大,对卫星抗辐照能力和热控设计提出了更高的要求。

二是成像体制不同。以往我国发射的低轨遥感卫星采取的是线阵推扫方式,就像复印机一样,以一条线推扫出画面来。而高分四号卫星采取的是面阵凝视方式,拍照时就像家用照相机,“咔嚓”一声就拍出一张整幅照片。采用面阵凝视方式,易于实现“机动—凝视”的工作模式,可在短时间内对目标区域进行高频重复凝视观测,时间分辨率高,从而获取目标区域的动态变化过程数据,这一能力对于遥感卫星应用而言是全新的。

三是工作模式不同。针对多方面的任务需求和全新的载荷成像方式,高分四号卫星设计了单景凝视、区域拼接、机动巡查等多种与中低轨道遥感卫星完全不同的全新工作模式,通过采用我国自主研发的高精度敏感器和大力矩输出执行机构,实现整星快速机动和高稳定控制,完成对运动目标持续监视、大范围区域目标快速成像以及多个热点地区的交替巡查。

四是相机规模不同。高分四号卫星配置目前我国口径最大的面阵凝视相机,首次采用可见光近红外与中波红外共口径技术,首次采用国产脉冲管制冷机,首次在工程上实现大口径静止轨道遥感相机热控方案,保证图像质量。

五是设计寿命不同。以往遥感卫星一般要求设计寿命三至五年,而高分四号卫星则要求整星设计寿命长达八年,是我国目前设计寿命最长的遥感卫星。

高低轨遥感卫星协同工作时代来临

        一部精美的电影,需要多机位协同拍摄——广角、微距等镜头各司其职,才能为观众呈现震撼的“大片”。遥感卫星作为太空中的“摄影师”,也需要这种协作,以便将大现象和小细节均完美呈现于用户。高分四号卫星的成功发射,开启了高低轨遥感卫星协同工作的时代。

        由于距离地面更高,高轨道光学遥感卫星的视野更为开阔,在拍摄“大场面”时更具优势。“在地球同步轨道,高分四号卫星可利用长期驻留固定区域上空、快速指向调整能力等优势,在第一时间、持续高频率获取观测数据。”高分四号卫星总指挥兼总设计师李果介绍。

       低轨道遥感卫星由于运行速度快,其灵活性和细节拍摄能力更强。当高低轨遥感卫星“强强联合”,就能使用户既能迅速地“见森林”,又能准确地“见树木”。

       例如,对灾害的观测,低轨道卫星由于轨道高度低,过境时间短,回归周期长,对感兴趣的地区持续观测能力有限。自然灾害瞬息万变,等卫星再次回归观测,灾害的发展态势可能已发生了变化。而“高分四号”卫星由于运行在地球同步轨道,则可以连续的提供灾害发展变化的信息,为有关部门应对灾害事件、减灾救灾提供实时数据支持。

最高“天眼”突破我国遥感卫星技术五个“首次”

         由航天科技集团公司五院抓总研制的“高分四号”卫星运行在距地球36000公里的太空,被誉为当今观测地球的最高“太空眼”。这意味着,我国有望突破地球同步轨道遥感卫星总体设计、控制技术、长时间在轨运行、高稳定一体化结构以及高轨高分辨率相机等五大关键技术。

        总体设计是卫星研制工程的“龙头”。进行高轨道高分辨率光学遥感卫星设计,在世界上尚没有工程实施的先例,面临着众多新难题。例如,如何应对空间辐照、百度温差等温度交变的轨道环境考验,与低轨道卫星相比如何在距地球几十倍远的太空保持“好视力”等等。李果认为:“巩固传统遥感领域优势,勇于开拓高轨遥感新方向,同步提升系统总体设计与项目管理能力,一直是我们研制团队的目标。”在他的带领下,来自五院总体部的总体设计人员在没有成熟技术可供借鉴的情况下,突破了总体设计关键技术,设计出高水准的卫星总体方案。

        而姿态快速机动与高稳定控制是该卫星的关键技术之一。为此,五院502所的技术人员突破了“小角度快速机动技术”,为“高分四号”安装了四个大力矩动量轮。研制人员还采取了全方位的“维稳”措施,从卫星平台的两大活动部件飞轮和太阳帆板驱动机构着手,把振动减到了最小。同时,“微步细分”太阳帆板驱动机构,以小步快跑避免了大跨步前进引起的振动干扰,使转动更加平滑。而为了实现快速机动,新研制了“大力矩飞轮”,通过加速或者减速产生反作用力,实现姿态调整。大力矩飞轮因其具有输出力矩大、控制精度高、寿命长、重量轻、使用便捷等特点,为我国航天器实现长寿命、高精度、快速机动提供了新的技术途径。

         为“高分四号”卫星需满足在轨8年的使用要求,研制人员潜心钻研,全方位助推其“延年益寿”。五院研制人员深入分析了对卫星平台、有效载荷寿命和可靠性的影响,并对地球同步轨道卫星的空间环境进行了深入研究,全面增强“高分四号”的“抵抗力”。例如,为应对午夜时分太阳暴晒,设计人员提出了“阳光规避”模式,由控制系统自动躲避太阳;为应对辐照,研制人员对原来应用于低轨卫星上的电子学单机以及光学膜系进行了抗辐照设计,提升了空间环境适应能力。

        由于“高分四号”卫星携带相机口径大,为避免成像模糊,高稳定一体化结构技术也是一项必须突破的关键技术。五院总体部研制人员首次采用了一体化结构,创新设计了一个在太空中“零变形”的“三脚架”。在生产过程中,五院529厂设计出一套新型组合式工装,不仅可以一次成型复杂的结构,而且能够同时保证异型结构每一个平面的精度。此外,他们首次采用冷热交变的方式,释放复合材料结构内部的应力,使“三脚架”更加稳固。

         在成像质量方面,为更好地适应高轨恶劣的空间环境,负责“高分四号”卫星相机研制的508所在高分相机家族中创造了多个“第一”,如第一次采用亿级像元数的可见光器件以及百万级像元的中波红外器件,第一次采用大面阵凝视成像体制,第一次采用中波红外与可见光共口径的光学设计等,使“高分四号”相机,当之无愧地成为我国首台高轨高分辨率相机。能够灵活调整积分时间的“高分四号”相机可实现大动态范围成像和使用长积分时间实现对暗目标的观测,还可以对动态目标的运行轨迹、趋势进行捕获,成为一个“准摄像机”。

        为此,研制人员根据高轨道遥感卫星成像特点,梳理成像链路中对图像质量产生影响的因素,分析各类因素的影响机理,并通过仿真方法分析各因素对图像质量的影响。此外,开展了卫星成像参数优化、高轨道图像辅助数据设计等一系列,突破了复杂成像条件下高轨遥感卫星的成像质量保障技术。

       此外,大面阵红外探测器,系我国首次研制。研制人员开展了一系列高轨道红外探测器的关键技术攻关,确保红外探测器即将在高轨道上的首次成功应用。

        在研制人员们看来,“高分四号”卫星在太空中睁开“慧眼”,不仅可以满足减灾、气象、地震、林业等应用需求,还将为我国“同时具有高空间分辨率和高时间分辨率光学遥感”技术发展开启新征程。(通讯员 潘晨 杨艳、薛英民 本报记者 甘晓)


新华网西昌12月29日电(记者余晓洁 薛玉斌)12月29日0时04分,我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。至此,2015年19次航天发射全部成功,我国航天发射“十二五”任务圆满收官。

    “‘天眼’看地球,‘慧眼’识九州。”国防科工局局长、国家航天局局长许达哲将国家十六个重大科技专项之一的高分辨率对地观测系统专项(高分专项)称为创新工程、“天眼”工程和应用工程。通过系列高分辨率卫星的发射,到2020年形成我国全天候、全天时、全球覆盖的陆地、大气、海洋对地观测能力。

    高分专项由国防科工局牵头组织实施。高分四号卫星由中国航天科技集团空间技术研究院研制。长征三号乙运载火箭由中国航天科技集团运载火箭技术研究院研制。这是长征系列运载火箭第222次发射。

    “高分四号是我国首颗地球同步轨道高分辨率光学成像卫星,也是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星。它的发射和应用将显著提升我国天基对地遥感观测能力。”许达哲说。

    国防科工局重大专项工程中心主任、高分专项工程总设计师童旭东表示,高分四号将为综合防灾减灾、地质灾害调查、林业灾害监测和气象预警预报等提供高时间分辨率遥感数据。主用户是民政部、国家地震局、国家林业局和国家气象局。

    高分四号定点于地球同步轨道上,位于赤道上空,观测范围覆盖我国及周边地区、约三分之一的地球表面。利用与地球同步、相对于地球静止的优势,高分四号能够对目标区域长期“凝视”,获取动态变化过程数据,执行诸如森林火情监视等近实时应急任务。

    “高分四号‘体重’5吨,设计寿命8年。它的‘大眼睛’——大口径面阵凝视相机兼具可见光和红外线全天候成像能力。可见光谱段分辨率50米,中波红外谱段分辨率400米,相当于从3.6万公里外看见大油轮,代表目前我国地球同步轨道遥感卫星最高分辨率水平。”中国航天科技集团高分四号卫星总设计师李果说.


         高分四号采用新研制的高轨遥感卫星平台,装载1台大口径面阵凝视相机,卫星总质量约5吨,设计寿命8年,运行于地球同步轨道,定点于东经105.6°,主要创新亮点包括以下几个方面:

1高轨高分辨率观测

         卫星空间分辨率为可见光谱段50米,中波红外谱段400米,为目前国内地球静止轨道遥感卫星最高水平,国际上尚无此类卫星。

2高时间分辨率观测

         卫星利用相对地面静止的优势,采用驻留固定区域上空凝视、快速指向调整能力、灵活任务编排等优势,获取目标区域的动态变化过程数据,为各类应急任务提供及时的图像数据支持,实现同时对多个地区进行高频次检测,为目前最高时间分辨率遥感卫星。

3开启遥感卫星工作新模式

          由于相对地面静止,且相机采用大面阵凝视相机,因此,高分四号卫星的工作任务将不受测控弧段及数传弧段的影响,可实现近实时的应急任务响应,大大提高卫星的使用效能。

4开辟高轨高分辨率遥感技术新领域

         在卫星研制过程中,突破了高轨光学遥感卫星总体设计、高轨卫星姿态快速机动与高稳定控制、高稳定一体化结构,复杂成像条件下高轨遥感卫星成像质量保障、中波红外面阵成像等关键技术,牵引高轨高分辨率遥感技术快速发展。

5在轨设计寿命8年

        组织卫星总体及各相关系统,对能源、控制、元器件和原材料等影响卫星寿命的关键因素进行系统改进,确保高分四号作为我国第一颗遥感类8年长寿命卫星可靠在轨运行。


为避免相机受晒影响成像功能,研制团队提出“阳光规避模式”。还开展了一系列星上部件长寿命试验验证。

4天/40小时/分钟级——重复观测同一点的时间间隔即“时间分辨率”,“高分一号”是4天,“高分二号”约为40小时,而“高分四号”以其长期驻留固定区域上空的优势可以实现“分钟级”。

  此外,“高分四号”将在紧急情况时根据用户需求开启“全天时工作模式”,比如观测台风形成过程、监控森林火灾等。

  50/400——“高分四号”卫星空间分辨率为可见光谱段50米,中波红外谱段400米。“这是目前国内地球同步轨道遥感卫星最高水平,国际上尚无此类卫星。”童旭东说。

  有别于“高分一号”及“高分二号”线阵推扫方式,“高分四号”采取面阵凝视方式,即像家用相机那样“咔嚓”一声拍出整幅照片。

  李果说,“高分四号”拍摄的一张照片相当于中国河南省面积。而数据下传码速率为每秒300兆,所以这幅照片只需要三四秒即可“从天到地”。


       近日,高分四号卫星正样整星力学试验及星箭对接分离试验圆满完成,为试验工作的顺利完成奠定坚实基础。

       高分四号卫星是我国首颗地球静止轨道中高分辨率光学成像遥感卫星,也是新研制的高轨遥感卫星平台的首发星。此次试验圆满完成标志着高分四号卫星距离卫星顺利出厂、成功发射的目标又近了一步。

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