中國驕傲丨世界首顆，中國創(chuàng)造！陸地探測四號01星順利入軌 中國天基災(zāi)害監(jiān)測又添利器

【導(dǎo)語】世界首顆進(jìn)入工程實施階段高軌合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星陸地探測四號01星于8月13日成功發(fā)射，經(jīng)過4次變軌后，于近日順利進(jìn)入工作軌道。該衛(wèi)星搭載的合成孔徑雷達(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)開展在軌測試等工作。這位“減災(zāi)衛(wèi)士”兼具看得廣、看得細(xì)、盯著看、看得快等多項技能，將進(jìn)一步完善中國天基災(zāi)害監(jiān)測體系，對全面提升中國防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)綜合水平具有重要意義。

世界首顆高軌SAR衛(wèi)星從無到有

陸地探測四號01星發(fā)射。（圖源：國家航天局）

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)行觀測則是絕佳方案。對于我國來說，由于自然災(zāi)害種類多、分布地域廣，因此防災(zāi)減災(zāi)工作十分重要。而研制陸地探測四號01星的想法，正是始于2008年我國發(fā)生的南方雪災(zāi)、汶川地震等突發(fā)災(zāi)害。

陸地探測四號01星所搭載的合成孔徑雷達(dá)工作時不受光照、天氣條件限制，是極端天氣條件下觀測的“一把好手”。自20世紀(jì)七八十年代起，多國先后研制發(fā)射合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，用于災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。但是，目前國際上合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星都運行于低軌，衛(wèi)星過境時間短、重訪周期長、觀測范圍小，難以滿足應(yīng)急、搶險和救災(zāi)的時效性需求。

不同于低軌衛(wèi)星，地球同步軌道衛(wèi)星運行于距離地球36000公里的高空，繞地飛行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，從地面看，衛(wèi)星相對固定在地面上空，可以有效彌補低軌衛(wèi)星在觀測時間上的不足。同時，高軌衛(wèi)星以其“站得高、看得廣”的優(yōu)勢，在觀測范圍上也能對低軌衛(wèi)星進(jìn)行良好補充。

然而，如何讓合成孔徑雷達(dá)在高軌上順利成像一直是“世界級難題”。由于高軌衛(wèi)星位于“千里之外”，雷達(dá)信號在太空中傳輸呈指數(shù)型衰減，同時合成孔徑雷達(dá)對于軌道精度要求很高，高軌微波成像一直是“空白領(lǐng)域”，世界主要航天國家雖有研究，但均未進(jìn)入工程研制。

面對合成孔徑雷達(dá)高軌成像難題，研制團(tuán)隊實現(xiàn)了精密定軌技術(shù)跨代。陸地探測四號01星若要成像，必須知道成像時的軌道位置。由于高軌衛(wèi)星比導(dǎo)航衛(wèi)星所處軌道高，只能“撿”地球另一側(cè)導(dǎo)航衛(wèi)星“漏過來”的信號，常用的定軌方法精度只能達(dá)到百米左右，遠(yuǎn)不能滿足需求。研制團(tuán)隊耗費4年時間通過“導(dǎo)航衛(wèi)星+地面測距”定軌方案及誤差校正手段，最終將定軌精度由百米提升至米級。

從設(shè)計到投產(chǎn)突破多項關(guān)鍵技術(shù)

衛(wèi)星研制人員討論技術(shù)細(xì)節(jié)。（圖源：央視新聞）

陸地探測四號01星是一顆可以在太空中對地球進(jìn)行觀測的衛(wèi)星，但觀測用的載荷設(shè)備不是相機，而是合成孔徑雷達(dá)。這種雷達(dá)的工作原理和其他光學(xué)遙感衛(wèi)星的相機不同，它通過向地球發(fā)射電磁波，然后接收從地球反射回來的電磁波并對其進(jìn)行解析，從而獲取具有大量信息的雷達(dá)圖像。

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，正是由于采用了合成孔徑雷達(dá)來成像，衛(wèi)星可以不需要借助光線的幫助就可以成像，并且能夠穿透云層觀測云層之下的世界，所以陸地探測四號01星可以不受氣候限制、不受光照限制，全天候、全天時地對地觀測，非常適用于防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用場景。

除了采用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，陸地探測四號01星還有一個特點，那就是運行的軌道特別高，距離地球近四萬公里。飛得越高，看得也就越遠(yuǎn)，陸地探測四號01星運行在距離地球近四萬公里的傾斜地球同步軌道，這條軌道上運行的衛(wèi)星就像在天上重復(fù)畫著一個“8”字，這樣可以對固定的一大片區(qū)域進(jìn)行相對持續(xù)的觀測，觀測重訪周期短、成像幅寬大。

據(jù)介紹，一般運行在500或700公里較低軌道的衛(wèi)星，對某一塊區(qū)域的駐留時間大約是十幾分鐘，等到下一次再對這片區(qū)域進(jìn)行觀測時要幾天后了，時效性相對較低，而陸地探測四號01星飛得高，看的區(qū)域也就更大，對同一個區(qū)域重復(fù)觀測的效率也就更高，可以和低軌衛(wèi)星的功能形成互補。

此外，在陸地探測四號01星工程研制中，首次創(chuàng)新提出了大口徑環(huán)形反射面天線加相控陣饋源方案并實現(xiàn)工程化，同時帶動了相關(guān)基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)設(shè)計和精密制造等方面技術(shù)進(jìn)步。

進(jìn)一步完善我國天基災(zāi)害監(jiān)測體系

衛(wèi)星工作示意圖。（圖源：航天科技集團(tuán)五院）

陸地探測四號01衛(wèi)星可服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)及地震監(jiān)測、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)測體系，豐富我國重點區(qū)域觀測手段，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”。

為了讓陸地探測四號01星更好地服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)工作，研制團(tuán)隊利用衛(wèi)星高軌和微波兩個特點，緊扣災(zāi)害發(fā)生特點和觀測需求，為衛(wèi)星設(shè)計了普查、區(qū)域、凝視、應(yīng)急四種應(yīng)用模式。

在普查模式下，陸地探測四號01星可以將宏觀信息“一眼盡收”。由于“站得高、看得廣”，衛(wèi)星單次成像覆蓋面積近六分之一個中國，一眼望去幾乎可以獲取整個長江流域的水文信息。相比普查模式看得“大而全”，區(qū)域模式成像面積大約是普查模式的五分之一，但分辨率更高，看得“小而精”。

陸地探測四號01星的凝視模式是研制團(tuán)隊專門根據(jù)國家災(zāi)害應(yīng)急觀測需求定制的。開啟該模式后，衛(wèi)星能憑借駐留地球上空的優(yōu)勢，以1小時量級為間隔，對受災(zāi)區(qū)域開展持續(xù)多次觀測，相比低軌衛(wèi)星，觀測效率大幅提升，可以支撐應(yīng)急管理部門連續(xù)動態(tài)地掌握災(zāi)情、作出決策。

除了看得廣、看得細(xì)、盯著看，陸地探測四號01星還能做到看得快，統(tǒng)籌兼顧多地災(zāi)情，其應(yīng)急模式可以支撐多地災(zāi)害同時發(fā)生情況下的監(jiān)測需求。比如，當(dāng)南北方同時發(fā)生災(zāi)害時，研制團(tuán)隊可以將衛(wèi)星高軌道優(yōu)勢和強機動能力進(jìn)行強強聯(lián)合，通過高精準(zhǔn)的快速指向調(diào)整，讓衛(wèi)星可以“左右兼顧”、哪里需要看哪里。

陸地探測四號01星是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃(2015-2025年)》中的遙感科研衛(wèi)星。國家航天局對地觀測與數(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)時空、全維感知的空間信息服務(wù)能力。

(資料來源：中新網(wǎng)、人民網(wǎng)、央視新聞、中國航天科技集團(tuán))