“我們國家國土幅員遼闊，需要觀測幅寬大的衛(wèi)星，更主要的是幅寬跟時間分辨率有很大的關系。我們所提到的高分辨率概念不僅僅是指大家平常所認為的空間分辨率，實際上‘高分一號’從立項的時候就要求高時間分辨率，這在應用方面是非常重要的�！蓖醭形恼f，為保證大范圍觀測，還設計了利用動量輪控制實現(xiàn)衛(wèi)星滾動側(cè)擺25°的能力，可觀測范圍達到近1000千米。
“高分一號”衛(wèi)星在平臺性能上也有所進步，這也為拍攝高精度的照片提供了支撐。據(jù)衛(wèi)星總設計師白照廣介紹，“高分一號”衛(wèi)星使用航天東方紅公司研制的CAST2000小衛(wèi)星平臺，這是一種標準的低軌道衛(wèi)星平臺，它使用三軸穩(wěn)定控制方式，具有整星側(cè)擺機動能力和較高精度的姿態(tài)控制能力。“高分一號”在此基礎上加以改進，在CAST968/2000小衛(wèi)星上首次采用二浮陀螺進行衛(wèi)星姿態(tài)角速度測定，使得衛(wèi)星姿態(tài)控制精度更高。“如果衛(wèi)星姿態(tài)不夠穩(wěn)定，就像拿著照相機的手不斷抖動，會直接影響成像質(zhì)量�！卑渍諒V說。
此外，“高分一號”還是一顆“長壽衛(wèi)星”。它是我國首顆設計、考核壽命要求大于5年的低軌衛(wèi)星，而以往國內(nèi)同類衛(wèi)星的壽命大多為3年�！伴L壽”的奧秘就在于設計團隊在關乎衛(wèi)星使用壽命的活動部件，特別是飛速旋轉(zhuǎn)而又損耗極大的陀螺以及衛(wèi)星電池的設計方面花足了心思。改進的陀螺、高效能的太陽能帆板與鋰電池，讓“高分一號”能夠更為持久地翱翔在太空之上。
明察秋毫的“高分二號”
“高分二號”是我國第一個突破亞米級的民用對地觀測衛(wèi)星，斑馬線、小汽車等在其衛(wèi)星影像圖上可以清晰辨認，甚至黃浦江上的浪花都能看得清楚
“高分一號”衛(wèi)星在分辨率上的不足并非無法彌補，只不過它需要高分家族中的另一名成員——“高分二號”衛(wèi)星來完成。
“高分一號”的全色分辨率為2米，這意味著，地面上長和寬都小于2米的物體，呈現(xiàn)在“高分一號”所拍攝的全色圖像上僅僅為一個像素點，并不能看清楚其不規(guī)則形狀，也不隨著圖像放大而改變。像斑馬線、小汽車等物體在“高分一號”的衛(wèi)星圖像上是無法呈現(xiàn)的，但是這些在“高分二號”的衛(wèi)星影像圖上都可以清晰辨認。甚至在“高分二號”的衛(wèi)星影像圖上，黃浦江上的浪花都能看得清楚。
這得益于“高分二號”已經(jīng)達到1米的分辨率。其技術(shù)指標達到或超過國外同類光學遙感衛(wèi)星的水平，關鍵在于由兩臺相同的分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機�！案叻侄枴毕鄼C分系統(tǒng)主任設計師姜海濱說，“高分二號”衛(wèi)星相機焦距是國內(nèi)衛(wèi)星中焦距最長的�！斑@顆衛(wèi)星上裝有兩臺相機，與全世界同等級分辨率的衛(wèi)星相比，是成像幅寬最大的，達到了45千米。而且這兩臺相機還實現(xiàn)了98%的國產(chǎn)率，關鍵部件都是中國制造�！�
1米全色分辨率相比于2米全色分辨率來講，不僅僅是數(shù)字的差別，更是質(zhì)的飛躍。
“1米以下的分辨率就意味著進入了亞米級分辨率�！叻侄枴俏覈谝粋�突破亞米級的民用對地觀測衛(wèi)星�！备叻謱ｍ椆こ痰孛嫦到y(tǒng)總工程師徐文說。亞米級遙感數(shù)據(jù)在國際遙感領域被稱為“黃金數(shù)據(jù)”，這一稱謂足見其重要性。
要進入亞米級，則需要突破多項技術(shù)。分辨率是航天光學遙感相機一項關鍵指標。傳統(tǒng)方法是通過延長焦距、增大相機口徑的方式實現(xiàn)更高分辨率，但相機的體積、重量也會隨之增長，導致研制難度、成本倍增。上世紀九十年代，國外提出新的設計理念：在鏡頭焦距增加的同時，鏡頭口徑增加相對較小，即相機的相對孔徑越來越小。但這種方式受光學系統(tǒng)衍射的限制，會使圖像質(zhì)量有所降低。必須利用相機成像電路的低噪聲技術(shù)和相關地面圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，才能保證圖像質(zhì)量。
研制過程中，科研人員在國內(nèi)首次采用小相對孔徑的創(chuàng)新設計，克服了鏡頭主次鏡離焦敏感度高等困難，突破了大口徑超長焦距光學系統(tǒng)水平重力卸載裝校、海量數(shù)據(jù)處理等一系列高分辨率相機研制難關，實現(xiàn)在同等光學系統(tǒng)口徑下，分辨率顯著提高。同時，科研人員首次采用天地協(xié)同的運作方式，為“高分二號”引入“大遙感”設計理念，通過相機特點和地面處理特點的匹配，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化，以充分挖掘相機的信息獲取潛力。與“高分一號”相比，“高分二號”相機的焦距及分辨率提高了2.4倍，而口徑僅增加了1.6倍。
“高分二號”衛(wèi)星還在衛(wèi)星定位精度方面做了很多功課，因為這關乎到其所拍攝的照片是否變形或錯位而導致不準確�！案叻侄枴毙l(wèi)星總指揮兼總設計師潘騰介紹，以往我國衛(wèi)星的定位精度多為百米量級，“高分二號”設計指標則要求達到無控制點條件下優(yōu)于50米的定位精度，因此在測軌精度、姿態(tài)穩(wěn)定精度等方面，研制團隊開展了大量工作。
衛(wèi)星的太陽能帆板、陀螺儀以及很多零部件會在運行中產(chǎn)生振動，對衛(wèi)星上搭載的長焦鏡頭來說，輕微的震動都可能導致圖像模糊。為此，研制團隊對“高分二號”衛(wèi)星平臺進行了適應性改進。在“高分二號”兩個太陽翼下面，裝有國防科技大學研制的“天弦一號”太陽翼振動控制裝置，能有效抑制太陽翼振動，使衛(wèi)星姿態(tài)機動穩(wěn)定時間進一步縮短�？蒲腥藛T還首次采用阻尼減隔振等措施，吸收轉(zhuǎn)動能量，穩(wěn)定轉(zhuǎn)動部件，以保證圖像質(zhì)量。
在保證穩(wěn)定的前提下，“高分二號”上首次使用控制力矩陀螺，采用優(yōu)化高效的控制定姿方案，具備了大角度快速機動能力。與能在180秒內(nèi)側(cè)擺25°的“高分一號”相比，“高分二號”可在180秒內(nèi)側(cè)擺35°。
而且，面對云層等天氣因素對衛(wèi)星拍照造成的影響時，沿著軌道飛行的“高分二號”還能選擇性地開關機。“比如北京有云，黑龍江跟廣東天氣都不錯，那我們就讓衛(wèi)星在廣東開機拍攝，到了北京就關機，到了黑龍江再開機。這樣就能把衛(wèi)星的成像效能發(fā)揮好，節(jié)省數(shù)據(jù)儲存的空間�！毙煳慕榻B，這個特點叫做“分次成像”。
