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我国遥感卫星“走出去”获新突破

来源:经济日报 作者:董碧娟 2017-10-24 10:45:13
内容摘要: 遥感卫星被称为观察世界的“天眼”。作为我国遥感卫星“走出去”的新突破,委遥二号卫星将进一步带动我国遥感卫星、运载火箭、遥感地面应用、遥感数据和图像服务等国际化产业联动发展。那么,“苏克雷”又有着怎样智慧而深邃的“目光”?

“委遥一号”“委遥二号”双星工作效果图。

委遥二号整装待发。 (资料图片)

  10月9日,委内瑞拉遥感二号卫星(简称“委遥二号”)在酒泉卫星发射中心成功发射。委遥二号是我国向委内瑞拉出口的第二颗遥感卫星,由中国航天科技集团公司五院抓总研制,又名“苏克雷”卫星,由委内瑞拉总统马杜罗命名,以纪念苏克雷将军。这是我国遥感卫星“走出去”的新突破

  遥感卫星被称为观察世界的“天眼”。作为我国遥感卫星“走出去”的新突破,委遥二号卫星将进一步带动我国遥感卫星、运载火箭、遥感地面应用、遥感数据和图像服务等国际化产业联动发展。那么,“苏克雷”又有着怎样智慧而深邃的“目光”?

  看得更清更真更广

  ——重任在身,“苏克雷”之眼实现技术突破,搭载了高清“神器”


  委内瑞拉遥感一号卫星(简称“委遥一号”)于2012年9月成功发射,现已在轨稳定运行5年。委遥二号将接替委遥一号,应用于委内瑞拉国土资源调查、评价、动态监测与管理、资源利用与城市建设等业务领域。重任在身,“苏克雷”之眼需要看得更清、更真、更广。

  “委遥二号卫星搭载了高分辨率相机和红外相机,可以拍摄到地面1米范围之内的事物,比如清楚地看到地面上的汽车。”中国航天科技集团公司五院相关负责人告诉《经济日报》记者,相机作为委遥二号卫星的“眼睛”,是卫星发挥功能的主要有效载荷。委遥二号卫星同时装载了1台全色/多光谱高分辨率相机和1台具有短波和长波的红外相机,实现了全色、多光谱、短波谱段、长波谱段组合的多谱段、大视场、联合对地遥感成像能力,融合幅宽大于30km。

  “要保证两台相机融合图像幅宽大于30km,要求在成像过程中两台相机视轴一致,这给研制团队提出了一个技术难题。”相关负责人说,为解决这个难题,研制团队通过反复论证和试验,在两台相机结构设计、总体设计以及总装过程中均采取了一系列的控制措施,确保了两台相机视轴一致,完美实现了融合图像幅宽大于30km的设计需求。

  中国航天科技集团公司五院508所相关技术人员介绍:“委遥二号卫星上的高分相机个头和小学生的课桌差不多,高分相机分辨率优于1米,与我国高分二号卫星相机的分辨率相当。与委遥一号上的全色多光谱相机相比,它的分辨率提升了一倍多。视力提高了,看得就更清晰了。”在600多公里的轨道高度运行,高分相机不仅能够清晰地看到地面上的斑马线,还能够较清楚地看出直行和拐弯,分辨出公交车与小轿车,开启了我国出口国外遥感卫星的“亚米级”时代。高分相机“咔嚓”一下,就能把相当于北京城五环内的景象尽收眼底。

  “苏克雷”的“目光”中流淌的是中委航天情谊。“委遥二号卫星是我国对外合作小卫星中外方人员参与程度最深的一颗卫星。”相关负责人介绍,在委遥二号研制过程中,委方设计师在卫星系统层面全部参加,与中方设计师联合开展工作。系统设计等岗位上实行人员的“中委双方1∶1”配比方式,建立“委遥二号卫星联合研制团队”,共同进行卫星的“联合设计”“联合AIT”“联合发射”,委方人员约30人全程参与了委遥二号正样卫星所有系统级研制工作。

  “中委双方深度合作的方式也为中国航天创新合作模式提供了良好借鉴。”相关负责人表示。

  首次出口的“夜视眼”

  ——委遥二号的红外相机是国内小卫星中性能最为优越的最新产品,可以不分昼夜地工作


  “委遥二号首次选用了推扫型红外相机作为出口卫星的有效载荷。委遥二号的红外相机是迄今为止应用在国内小卫星上的性能最为优越的最新产品。”相关负责人说,委遥二号红外相机是一台同时具有短波红外三谱段和长波红外双谱段成像能力的中分辨率多光谱相机。短波红外谱段分辨率与当前国际主流陆地资源卫星相当,长波红外谱段空间分辨率提升了三分之一,对被摄物体的温度感知灵敏度也有了很大提升。委遥二号红外相机的体积仅相当于一台A3打印机。

  “红外相机可以不分昼夜地工作,即使在夜间也可以准确将温度差为0.2摄氏度的两个目标识别出来。”中国航天科技集团公司五院508所相关技术人员介绍,研制团队给委遥二号红外相机进行了一处名为“分裂窗”的独特设计,这也是首次在国内对地遥感载荷上采用该设计。简单说,这相当于为委遥二号红外相机佩戴了一副特殊“眼镜”,能够帮助它剔除目标观测时受到的水汽影响,使它精确“看”出各种地物的温度,准确判断城市建筑、流向河海中的污水、石油管道等目标的热辐射状态,在城市建设、国土资源、环境保护等领域大显身手。

  委遥二号红外相机是位喜安静的“冷美人”。为保证正常工作,需利用制冷机使其保持在零下215摄氏度的低温环境中。此外,卫星平台的稳定度需求也对制冷机的极微小振动提出极高要求。为达到这些需求,科研人员首次研制了具有高制冷能力、低微振动的斯特林制冷机。不过,制冷机工作时产生的微振动会对高分相机的像质产生影响。为降低影响,科研人员采取了相机与卫星一体化设计,将该制冷机的微振动输出降低为同类制冷机的四分之一,确保了高分相机和红外相机能同时成像,且成像质量良好。

  委遥二号红外相机还拥有短波红外通道,具备“穿烟透雾”“识云辨雪”的能力,它和高分相机合作,可识别农作物、土壤等不同状态反映出的不同谱段信息,帮助用户实现对多种作物病虫害的监测,精确判断农作物所受病害程度,开展农作物水量监测和长势监测分析,进行作物产量统计等。此外,它还可以实现发现林火、野火和监测石油管道等功能。

  为提升相机集成度,航天五院研发人员为红外相机配备了短波与长波红外一体化的三反离轴光学镜头,可以同时获取地面目标的反射太阳信息和表面发射的温度信息,实现白天、黑夜的全天候成像。

  智能的“眼神”传递

  ——数传系统关系到整星工作,科研人员为此搭建了数据传输通畅可靠的“天地智能高速公路”


  “苏克雷”眼中的丰富所见需要及时传递给需要的人。委遥二号成功发射升空后,随着数传天线展开,作为关键载荷的数传分系统将开始数据回传业务。在随后的飞行任务中,卫星数传分系统会将卫星相机拍摄的图像传回地面,这标志着委遥二号正式开始工作。

  “在遥感卫星中,数传系统的研制水平直接关系到整个卫星的工作能力。如何传输高质量的相机画面,对卫星的数据处理和传输能力提出了很高的要求。”中国航天科技集团公司五院相关专家介绍,与委遥一号相比,委遥二号上使用的数传分系统,功能和性能有了大幅提高。

  相比委遥一号,研制人员为委遥二号新研制了两副数传天线,使数据传输能力提高了两倍多,码数率由之前的双通道380兆提升到900兆,为遥感卫星的数据传输搭建了“智能高速公路”。

  相关专家介绍,当卫星在夜晚过境时,只有红外相机工作,因而占用信道资源比较少。为提高信道利用率,卫星上新增了红外实时传输加同时回放固存数据的功能。在夜晚进行红外实时传输的同时,可以对之前存储于固态存储器的数据进行地面回放。固态存储器的容量可以达到1Tbps,对于选择存储什么内容,什么时候开始存储,都做到了智能管理,这些都是通过发送地面指令来实现的。

  要实现对数据传输的智能管理,安装在数传分系统上的开关矩阵事关重大。通过多种切换方式,开关矩阵可提供多通道的数据传输途径,并对数据传输途径有效备份,大大提高了数据传输的可靠性。开关矩阵的国产化,成为卫星的又一亮点。3只首次在轨使用的国产化小功率微波开关在设计之初,就通过优化设计,改进驱动结构,做到了“减重瘦身”,实现了小型化应用。为提升国产化产品的性能,在设计仿真过程中,科研人员还实现了对整机整体性能的电磁联合仿真,确保了产品本身性能的可靠性。

  据了解,中国航天科技集团公司五院研究人员从2015年正式开始数传分系统的研制任务,期间经历了从方案设计、初样到正样的研制阶段。在研制中,克服了相机变化、接口复杂程度高等难关,进行了大量适应性修改,历经了高低温试验、振动试验、热真空试验以及老炼试验等重重考验,打造出通畅可靠的“天地智能高速公路”。

  5年来,委遥一号卫星服务惠及民生,在委内瑞拉环保、通讯、测绘、医疗、偏远地区教育等领域发挥出重要作用,已使近800万委内瑞拉民众受益。接棒委遥一号,“苏克雷”必将更深情地“守望”委内瑞拉。

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