文章來源：中國航天科(ke)技集團公司 發布時間：2018-01-18
新年伊(yi)始，中國(guo)航天科技集團公司(si)商業遙感衛(wei)星(xing)(xing)系統的首發星(xing)(xing)高(gao)景(jing)一(yi)號首批影像向社會發布，標志著(zhu)我國(guo)首個完全自主研制的0.5米級高(gao)分辨率商業遙感衛(wei)星(xing)(xing)星(xing)(xing)座(zuo)正式具備運營能力。
高分辨率、高圖像質量、高敏捷(jie)機動能力、多模式成像、長壽命(ming)……甫一面世(shi)，高景一號(hao)便自帶一系(xi)列適應商(shang)業市(shi)場的指標(biao)“光環”，標(biao)志著(zhu)國產(chan)商(shang)業遙感數據水平正(zheng)式邁入國際一流(liu)行列。
輕敏高景 豈止于高
商業遙感衛星(xing)系統從建(jian)設(she)之(zhi)初就站在了高起點上。
“高景一號雖然是(shi)該系統的首發(fa)星，但卻是(shi)國內第一顆面向商(shang)業用途的0.5米(mi)高分辨率光學(xue)遙感衛星，其性能(neng)與(yu)國際先(xian)進的Pleiades-1等(deng)商(shang)遙衛星相(xiang)比(bi)也毫不遜色(se)。”衛星研(yan)制方航(hang)天東方紅衛星有限公司總經(jing)理葛(ge)玉君說。
早在(zai)升空前，高景一號便得到了國內外衛星(xing)數據用(yong)戶的關注和期待。該(gai)衛星(xing)運營方中(zhong)(zhong)國四維測繪技術有限公(gong)司(si)下(xia)屬的世景公(gong)司(si)總經理徐麗萍(ping)回憶道，在(zai)與用(yong)戶的業(ye)務互動(dong)中(zhong)(zhong)，有人曾感慨說：“一起步就是0.5米級分辨率(lv)，高景一號將使中(zhong)(zhong)國躋(ji)身國際商遙(yao)衛星(xing)第一方陣。”
如何使(shi)產(chan)品的指標(biao)和成本在未(wei)來的國內外遙感衛星市場上都極富競爭力？研(yan)(yan)制(zhi)團(tuan)隊在高景一號(hao)上采用(yong)全新研(yan)(yan)制(zhi)的CAST3000B小衛星平臺，來寄托他們的大(da)目標(biao)。
相較(jiao)于(yu)普通遙(yao)感(gan)衛星，高(gao)(gao)景(jing)一號具有高(gao)(gao)敏捷的(de)(de)機動性(xing)能(neng)。為(wei)此，研制團(tuan)隊采(cai)用(yong)(yong)變速(su)控制力(li)矩陀螺方案（VSCMG），有機統一了衛星姿態快速(su)機動能(neng)力(li)與高(gao)(gao)分成像所(suo)要(yao)求的(de)(de)高(gao)(gao)穩定(ding)度(du)。這也是(shi)國(guo)產小型化VSCMG產品在(zai)國(guo)內的(de)(de)首(shou)次在(zai)軌應用(yong)(yong)。
憑借(jie)出色的高敏捷(jie)機動性能，高景一號可以為有(you)著不同需求的用戶提(ti)供(gong)多達7種成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)模式的選(xuan)擇，包括五條(tiao)帶拼接成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)、三視(shi)角立體成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)及同軌多目標(biao)成(cheng)(cheng)(cheng)像(xiang)等。
五條帶(dai)拼(pin)接成(cheng)像(xiang)模式就是發揮衛星(xing)姿態快速機動(dong)特點(dian)，對關注區域，例如某一大型城市，一次過頂時，利用俯仰和側擺(bai)機動(dong)，掃描5個條帶(dai)，拼(pin)接形成(cheng)60公里×70公里的(de)圖像(xiang)。
“這可(ke)以(yi)有效(xiao)解決高(gao)分辨率(lv)衛星(xing)幅(fu)寬較窄的(de)應用問題。”高(gao)景一號總(zong)指揮兼(jian)總(zong)設計師趙志(zhi)明介(jie)紹。
三視角立體成(cheng)(cheng)像(xiang)模(mo)式是對指定區域，從不同視角進行3次(ci)成(cheng)(cheng)像(xiang)，形(xing)成(cheng)(cheng)立體圖像(xiang)，可以滿足用戶(hu)立體成(cheng)(cheng)像(xiang)和(he)測繪制(zhi)圖的需求。
而(er)多目標(biao)成(cheng)(cheng)像(xiang)模式則通(tong)過按需設置(zhi)成(cheng)(cheng)像(xiang)條帶長度(du)，一軌內可(ke)實現任意地(di)區8個目標(biao)的(de)成(cheng)(cheng)像(xiang)，大大提(ti)高衛星的(de)快速(su)響應能力，可(ke)以應對各種突發事(shi)件和(he)緊(jin)急任務需求(qiu)，也能為有小區塊成(cheng)(cheng)像(xiang)需求(qiu)的(de)用(yong)戶(hu)提(ti)供服務。
遙感衛星要(yao)具備高敏捷機動能力，就要(yao)嚴(yan)格控制自身的質量(liang)和轉動慣(guan)量(liang)，提高集成度(du)。簡單來說，就是要(yao)“減重(zhong)瘦身”。
傳統小衛星(xing)的(de)星(xing)務分系統包括星(xing)務主機(ji)、熱(re)控下位機(ji)、載荷(he)下位機(ji)等四(si)五(wu)臺(tai)設備，單機(ji)加電(dian)纜的(de)總重接近30公斤。
CAST3000B平臺大量采用高度(du)集成(cheng)的(de)(de)SOC、SIP、MEU等(deng)智能芯片(pian)，把單機(ji)集成(cheng)為(wei)單板(ban)、單板(ban)集成(cheng)為(wei)芯片(pian)，用1臺不到5公斤的(de)(de)星務管理單元(yuan)來完(wan)成(cheng)原來5臺單機(ji)的(de)(de)功能。
同時(shi)，高(gao)景一號(hao)采用(yong)的(de)小(xiao)型化VSCMG產(chan)品(pin)每個重量只有8公斤，是國際上最輕的(de)同類產(chan)品(pin)。研制團隊還對衛星進行了電源管理和(he)(he)配電模塊(kuai)集成、應(ying)用(yong)小(xiao)型化應(ying)答機等設計。上述措施和(he)(he)新技術的(de)采用(yong)使衛星平臺的(de)重量下降約50%。
“這(zhe)些產品(pin)(pin)和(he)(he)配置的(de)(de)優化，大幅提高了高景一號產品(pin)(pin)的(de)(de)智能化、自主化、標準化和(he)(he)輕量化，降低了研制成本(ben)，提高了調試過程的(de)(de)靈活(huo)性，為商遙衛星(xing)系統(tong)星(xing)座后續大批(pi)量的(de)(de)生(sheng)產研制，提供了很好的(de)(de)技術保障(zhang)。”趙志明(ming)說。
高(gao)(gao)景(jing)一(yi)號(hao)(hao)01、02星(xing)在軌組網后(hou)(hou)，可針對全(quan)球(qiu)南(nan)北緯80度之間實現(xian)4天的(de)重(zhong)訪周期。待(dai)系統后(hou)(hou)續2顆衛(wei)(wei)(wei)星(xing)2017年(nian)發(fa)射入(ru)軌后(hou)(hou)，4顆星(xing)實現(xian)全(quan)球(qiu)任意地點重(zhong)訪只需要1天時間。同時，衛(wei)(wei)(wei)星(xing)提(ti)供X波段的(de)下行數傳(chuan)通道，傳(chuan)輸碼速率(lv)每(mei)秒最高(gao)(gao)可達(da)900兆(zhao)。新(xin)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)平(ping)臺的(de)高(gao)(gao)可靠性和抗輻射性等優(you)勢使衛(wei)(wei)(wei)星(xing)設計壽命(ming)足夠有競爭力。這些先進性能都為高(gao)(gao)景(jing)一(yi)號(hao)(hao)的(de)商(shang)業(ye)化運作提(ti)供了條件。
友好商遙 質高價優
商業遙感衛星，顧名思義，要(yao)講求商業回報。相較于一般衛星，其研(yan)制成本直接關(guan)系(xi)到用戶收益，也關(guan)系(xi)到圖像產品的最終(zhong)價格和市場(chang)競爭力，因此對成本更為敏感。
面向市場，高(gao)景一號的研發運營團隊希(xi)望在“質高(gao)”和“價優(you)”之間(jian)尋求到一個最(zui)佳(jia)平衡(heng)點——既要(yao)轉變“唯技(ji)術指標(biao)”和“不計成本”的傳統型號研制思維，又不能因(yin)降低成本而影響整(zheng)體可(ke)靠性，以致于無法為市場長期供應質量穩定(ding)的產品。
于是(shi)，在(zai)衛星任務(wu)需求分析(xi)階段，航(hang)天東方紅公(gong)司(si)(si)和(he)中國(guo)四維公(gong)司(si)(si)聯合組(zu)織專業(ye)技(ji)術(shu)人員，針對國(guo)際主(zhu)流(liu)的(de)商業(ye)遙感衛星進行了方案搜集、指標分析(xi)、應用和(he)用戶調研。
“經(jing)過調研，我們發(fa)現(xian)市場(chang)對0.5米級衛星數據的需(xu)求非常旺(wang)盛，在(zai)不降低(di)衛星圖像(xiang)品質的前提下(xia)，我們要做的就是想盡一切辦法壓縮成本。”中國四維公司研究發(fa)展部高級研發(fa)經(jing)理閆大鵬說。
航天東(dong)方(fang)(fang)(fang)(fang)紅(hong)公司從衛星(xing)(xing)的(de)指(zhi)標(biao)滿(man)足(zu)度(du)、成(cheng)本控制、冗余設(she)計、研(yan)制流程(cheng)優(you)化(hua)等多方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)著手，形成(cheng)了具(ju)有商(shang)業特點(dian)的(de)衛星(xing)(xing)研(yan)制模式——設(she)計方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)，在滿(man)足(zu)用戶(hu)指(zhi)標(biao)要求(qiu)的(de)前提下，不追(zhui)求(qiu)單次(ci)或某(mou)幾(ji)次(ci)指(zhi)標(biao)最優(you)，而是(shi)力求(qiu)實現系統整體(ti)指(zhi)標(biao)優(you)化(hua)；系統配置方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)，大(da)量采用新技術、新產(chan)(chan)品(pin)，提高集成(cheng)度(du)，避免過度(du)冗余；采用“方(fang)(fang)(fang)(fang)案+正樣”、以仿真分析代替試驗驗證等手段，優(you)化(hua)研(yan)制流程(cheng)；改變傳統的(de)系統產(chan)(chan)品(pin)管理(li)組織模式，設(she)置“項目執(zhi)行(xing)總監”，將總設(she)計師從抓(zhua)衛星(xing)(xing)生(sheng)產(chan)(chan)管理(li)執(zhi)行(xing)中解放(fang)出(chu)來，更側重核心設(she)計……
在保證產品(pin)可(ke)靠性和(he)任務成(cheng)功的基礎上，研(yan)制團隊通過(guo)從(cong)產品(pin)設計上“省空間(jian)”、從(cong)研(yan)制流程上“省時間(jian)”、從(cong)優(you)化系(xi)統配(pei)置上“省成(cheng)本”這(zhe)樣一(yi)系(xi)列“科學節(jie)省”的思路，創造了(le)在17個月(yue)內圓滿完(wan)成(cheng)兩顆全新(xin)平臺(tai)衛星研(yan)制的新(xin)紀錄(lu)，使(shi)高景(jing)一(yi)號成(cheng)為國內研(yan)制周期最短的光學遙感小衛星。
“我(wo)們(men)的(de)最終目標是為用戶提供‘好、快、省’的(de)遙感小衛星(xing)。”葛玉君說(shuo)。
對于一(yi)顆(ke)面向商業應(ying)用(yong)的遙感衛(wei)星(xing)，用(yong)戶(hu)需求始終(zhong)是衛(wei)星(xing)設計和研制的重要依(yi)據。因此，高景一(yi)號(hao)研發運營團隊還十分注重用(yong)戶(hu)體驗(yan)。
與傳(chuan)統型(xing)號任務中(zhong)等(deng)到(dao)編寫“用(yong)(yong)戶(hu)說明”時才考慮用(yong)(yong)戶(hu)的需(xu)求不(bu)同，高景一號研制團隊早在(zai)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)方案設計(ji)初期(qi)，就將用(yong)(yong)戶(hu)需(xu)求“消化”到(dao)設計(ji)的方方面面——衛(wei)星(xing)(xing)(xing)平臺的所有(you)CPU軟件都具(ju)(ju)有(you)在(zai)軌修改和(he)上(shang)注能力；用(yong)(yong)戶(hu)既(ji)無需(xu)關心成(cheng)像(xiang)任務中(zhong)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)姿態(tai)具(ju)(ju)體需(xu)要(yao)完成(cheng)哪些(xie)動作，也不(bu)用(yong)(yong)知道相機和(he)數傳(chuan)應(ying)用(yong)(yong)哪些(xie)指(zhi)令，只要(yao)調用(yong)(yong)研制團隊事先設計(ji)好的相應(ying)指(zhi)令模板，便可輕(qing)松完成(cheng)任務；衛(wei)星(xing)(xing)(xing)的測控(kong)、星(xing)(xing)(xing)務、姿控(kong)、電源(yuan)等(deng)都具(ju)(ju)有(you)自(zi)主健康檢查、故障(zhang)自(zi)主診斷(duan)、隔(ge)離和(he)恢復的功能，使得其在(zai)軌維護難度大(da)大(da)減(jian)輕(qing)……
這(zhe)些細致(zhi)入微的(de)設計將高景一號打(da)造(zao)為(wei)界面友(you)好的(de)商遙衛星(xing)，幫助用戶方便地完成(cheng)運營任務，從而更(geng)加充(chong)分地挖掘遙感衛星(xing)的(de)應用價值。