本刊特約記者 宗軒

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開辟我國遙感衛(wèi)星新領(lǐng)域
——訪高分－4衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果

本刊特約記者 宗軒

Opening Up a New Field of Remote Sensing Satellite in China: an Interview with Li Guo, Chief Commander and Chief Designer of GF－4 Satellite

（甄小云/攝）

2015年12月29日，高分－4 衛(wèi)星在西昌發(fā)射成功，7天后，衛(wèi)星成功定點在預(yù)定的地球同步軌道。在衛(wèi)星成功傳回第一幅高質(zhì)量圖像之際，本刊記者采訪了該衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果。

記者：李總，祝賀高分－4衛(wèi)星發(fā)射和定點成功，請您談一談這顆衛(wèi)星的基本情況。

李果：作為我國高分辨率民用遙感系列衛(wèi)星的重要組成部分，高分－4是一顆高軌道也就是地球同步軌道的高分辨率光學遙感衛(wèi)星，是我國遙感衛(wèi)星研制領(lǐng)域第一次向高軌道進軍，它的發(fā)射和運行成功開辟了我國遙感衛(wèi)星應(yīng)用新領(lǐng)域。

高分－4衛(wèi)星與我國已發(fā)射的近地軌道遙感衛(wèi)星相比，具有5個不同的特點。一是運行軌道不同，以往發(fā)射的遙感衛(wèi)星都是運行在距地球400～1000km的低軌道，而高分－4衛(wèi)星則運行在距地球36000km的高軌道；二是遙感手段不同，以往我國發(fā)射的遙感衛(wèi)星采取的是線陣推掃方式成像，高分－4衛(wèi)星采用了面陣凝視成像；三是控制體制不同。該衛(wèi)星是在我國中低軌道遙感衛(wèi)星、高軌道通信衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星基礎(chǔ)上研制的，采用了先進控制體制配合高精度測量敏感器和執(zhí)行機構(gòu)，具有整星快速機動和高穩(wěn)定度控制的特點；四是遙感器尺寸不同，高分－4衛(wèi)星搭載了目前我國口徑最大的面陣凝視光學遙感相機，最大限度地保證了地面分辨率和成像幅寬；五是設(shè)計壽命不同，以往遙感衛(wèi)星一般要求設(shè)計壽命3～4年，而高分－4衛(wèi)星則要求整星設(shè)計壽命達到8年，是我國目前設(shè)計壽命最長的遙感衛(wèi)星。

記者：此前世界上有沒有高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星？我國為什么要研制高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星？

李果：高分－4衛(wèi)星不僅是我國第一顆高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星，也是世界上第一顆高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的空白。據(jù)了解，高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星在世界上還未有過，近年來，美國在進行高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的技術(shù)研究，歐洲也在進行研制高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的技術(shù)論證，但由于歐洲國土面積較小，研制高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的需求對他們來說并不迫切。而我國由于國土面積幅員遼闊，氣象觀測、搶險救災(zāi)、環(huán)境保護、森林保護等對高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星需求非常強烈，因此，催生了高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星研制工程的實施。

記者：請您談?wù)勎覈兄聘叻郑?衛(wèi)星有什么意義和用途？

李果：我國實施高分－4衛(wèi)星工程，是突破“同時具有較高空間分辨率和高時間分辨率光學遙感”關(guān)鍵共性技術(shù)的一項戰(zhàn)略部署，對高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有開創(chuàng)性的重要意義，并為我國研制高時間分辨率、高空間分辨率遙感衛(wèi)星奠定了基礎(chǔ)。

高分－4衛(wèi)星的成功發(fā)射，不僅使我國衛(wèi)星“家族”又增加了一個新的應(yīng)用衛(wèi)星品種，也開辟了我國地球同步軌道較高分辨率對地觀測的新途徑。我們知道，地球同步軌道衛(wèi)星猶如掛在天上靜止不動，高分－4衛(wèi)星可利用長期駐留固定區(qū)域上空、快速指向調(diào)整能力、靈活的任務(wù)編排、成像積分時間可調(diào)等優(yōu)勢，在第一時間、持續(xù)高頻率獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對中國及周邊地區(qū)的連續(xù)實時觀測。比如對臺風的觀測，中低軌道衛(wèi)星由于軌道低，不僅觀測面積小，運行速度快，制空時間短，回歸時間長，而且對感興趣的地區(qū)觀測不能持續(xù)，需等衛(wèi)星運行一圈過來再進行觀測，臺風的發(fā)展態(tài)勢早就發(fā)生了變化。而高分－4衛(wèi)星由于運行在地球同步軌道，所以不僅能連續(xù)地提供臺風發(fā)展變化的信息，而且對臺風的紋理等細節(jié)一目了然，可以為有關(guān)部門預(yù)測臺風的發(fā)展趨勢，及時采取應(yīng)對措施提供幫助。高分－4衛(wèi)星主要用戶為民政部國家減災(zāi)中心、中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心、中國地震局地震預(yù)測研究所、中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所等，各用戶和相關(guān)單位可以利用該衛(wèi)星響應(yīng)迅速、覆蓋范圍大等特點與低軌道遙感衛(wèi)星配合使用，為我國減災(zāi)救災(zāi)、林業(yè)應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)測、海洋應(yīng)用和氣象應(yīng)用等多個領(lǐng)域提供快捷有效的支持。

與以往我國遙感衛(wèi)星采取線陣推掃不同，高分－4衛(wèi)星是我國第一顆面陣遙感衛(wèi)星。衛(wèi)星成像幅寬大，一次成像可覆蓋500km×500km的面積；衛(wèi)星具有全色、多光譜和紅外成像能力，可見光相機多光譜分辨率達50m，紅外譜段分辨率達400m；衛(wèi)星可通過快速指向控制，進行大范圍實時、連續(xù)機動成像和高時間分辨率成像相結(jié)合的綜合觀測，獲取較高地面像元分辨率和多譜段地面圖像信息，還能對用戶感興趣的地方采用連續(xù)觀測、凝視觀測、區(qū)域成像、機動成像等多種模式進行觀測，在滿足減災(zāi)、氣象、地震、林業(yè)等多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求上發(fā)揮重要的作用。

記者：據(jù)了解，該衛(wèi)星研制中進行了大量的技術(shù)創(chuàng)新，請您談?wù)勥@方面的情況。

李果：為了滿足任務(wù)的需要，我們實現(xiàn)了多方面的技術(shù)創(chuàng)新，確保衛(wèi)星性能和功能的實現(xiàn)：衛(wèi)星可在數(shù)分鐘內(nèi)完成任務(wù)機動響應(yīng)，并對用戶指定的目標區(qū)域成像；可對目標區(qū)域進行高頻重復(fù)凝視觀測，獲取目標區(qū)域的變化過程信息；可按照用戶要求，快速對某一區(qū)域進行拼接成像，或?qū)Χ鄠€區(qū)域進行巡查成像，具有較高的使用效率；衛(wèi)星配置目前我國最大口徑的面陣凝視相機，保證了在地球同步軌道上的應(yīng)用和較高分辨率的實現(xiàn)；衛(wèi)星控制系統(tǒng)采用先進的控制體制，配置高精度測量敏感器和控制執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)整星快速機動和高穩(wěn)定控制；首次在工程上實現(xiàn)大口徑靜止軌道遙感相機高精度熱控技術(shù)，保證成像質(zhì)量；是目前我國設(shè)計壽命最長的高軌道遙感衛(wèi)星，在軌壽命達8年。

記者：這顆衛(wèi)星的研制突破了哪些關(guān)鍵技術(shù)？

李果：高分－4衛(wèi)星是在借鑒中國空間技術(shù)研究院中低軌道遙感衛(wèi)星、高軌道通信衛(wèi)星和“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星研制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對高軌道遙感衛(wèi)星特點創(chuàng)新集成的。在衛(wèi)星研制中，共突破了以下6項關(guān)鍵技術(shù)：

1）地球同步軌道光學遙感衛(wèi)星總體設(shè)計技術(shù)?？傮w設(shè)計是衛(wèi)星研制工程的關(guān)鍵，而進行高軌道遙感衛(wèi)星設(shè)計，在世界上尚沒有工程實現(xiàn)先例。承擔高軌道遙感衛(wèi)星研制工程的中國空間技術(shù)研究院總體部技術(shù)人員在沒有在軌飛行先例，沒有成熟的技術(shù)體制可供借鑒的情況下，通過對高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星總體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)進行研究，深入分析和梳理出總體設(shè)計工作的重點和難點，突破了總體設(shè)計技術(shù)，設(shè)計出高水準的衛(wèi)星總體方案，形成了我國首個高軌道遙感衛(wèi)星公用平臺。

2）地球同步軌道衛(wèi)星狀態(tài)快速機動與高穩(wěn)定控制技術(shù)。與地球靜止軌道通信衛(wèi)星處于相對靜止狀態(tài)不同，為滿足對地球進行遙感觀測的需要，高軌道遙感衛(wèi)星需要具備俯仰和滾動狀態(tài)連續(xù)機動的能力，且機動后還要快速實現(xiàn)姿態(tài)的快速穩(wěn)定，因此，高軌道衛(wèi)星狀態(tài)快速機動與高穩(wěn)定控制是該衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)之一。技術(shù)人員通過此項關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，有效地解決了衛(wèi)星進行姿態(tài)機動與實現(xiàn)姿態(tài)快速穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)，并通過數(shù)學仿真和全物理仿真試驗進行了驗證，技術(shù)指標滿足用戶要求。

3）地球同步軌道遙感衛(wèi)星長壽命、高可靠技術(shù)。高分－4衛(wèi)星是我國目前設(shè)計壽命最長的遙感衛(wèi)星，突破地球同步軌道遙感衛(wèi)星長壽命、高可靠技術(shù)，是確保衛(wèi)星成功應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，技術(shù)人員通過對衛(wèi)星使用模式、運行環(huán)境對衛(wèi)星平臺、有效載荷壽命和可靠性影響分析，梳理出了影響衛(wèi)星長壽命、高可靠的短板環(huán)節(jié)和風險因素，進行了衛(wèi)星長壽命高可靠設(shè)計與驗證方法研究，并開展了星上部件長壽命試驗驗證等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，通過實施科學的設(shè)計和控制方法與理念，來保證衛(wèi)星滿足在軌8年的使用要求。

4）高穩(wěn)定一體化結(jié)構(gòu)技術(shù)。一體化結(jié)構(gòu)主要是提供高穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)安裝平臺，用于星載相機與星體結(jié)構(gòu)的連接。通過研究試驗，突破了復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的低膨脹率、結(jié)構(gòu)微熱變形等設(shè)計技術(shù)，滿足了一體化結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定要求。

5）復(fù)雜成像條件下高軌道遙感衛(wèi)星成像質(zhì)量保障技術(shù)。技術(shù)人員根據(jù)高軌道遙感衛(wèi)星成像特點，梳理成像鏈路中對圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素，分析各類因素的影響機理；結(jié)合衛(wèi)星指標體系和方案設(shè)計，通過仿真方法定量分析各因素對圖像質(zhì)量的影響；在衛(wèi)星成像質(zhì)量預(yù)先估計的基礎(chǔ)上，進一步驗證衛(wèi)星狀態(tài)及相關(guān)分系統(tǒng)技術(shù)指標的合理性和可行性；進行衛(wèi)星成像參數(shù)優(yōu)化、高軌道圖像輔助數(shù)據(jù)設(shè)計，給出在軌相機光學系統(tǒng)畸變測量和定標方法，從而保障了衛(wèi)星圖像質(zhì)量滿足用戶要求。

6）中波段紅外面陣成像技術(shù)。高分－4衛(wèi)星搭載的紅外大面陣成像探測器系我國首次研制。為突破該項關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)人員以核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品（簡稱“核高基”）項目為依托，完成中波紅外探測器組件的工程研制和成像光路設(shè)計，并實施了環(huán)境對探測器性能影響的試驗與考核，以及相應(yīng)的成像試驗，對探測器及紅外通道的成像性能進行了驗證，從而解決了高軌道紅外大面陣探測器研制的技術(shù)關(guān)鍵，保證了大面陣紅外探測器在高軌道上的首次成功應(yīng)用。

記者：該衛(wèi)星是我國第一顆設(shè)計壽命達8年的遙感衛(wèi)星，請您介紹一下在衛(wèi)星研制中是怎樣進行管理和質(zhì)量控制的？

李果：研制這樣一顆長壽命、高可靠、高指標衛(wèi)星，開發(fā)出我國第一個高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星平臺，研制隊伍深感壓力巨大，使命光榮。4年多來，研制隊伍在國家國防科技工業(yè)局的統(tǒng)一科學決策下，堅決貫徹落實中國航天科技集團公司及其所屬中國空間技術(shù)研究院的有關(guān)規(guī)定要求，狠抓落實，著眼于高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的特點和制約長壽命的薄弱環(huán)節(jié)，創(chuàng)新管理，集智攻關(guān)，確保了衛(wèi)星研制工程的推進和質(zhì)量。我們主要堅持做好以下五方面的工作。

一是深入開展風險識別與控制。在按照上級要求開展衛(wèi)星研制工作的同時，我們聯(lián)合各有關(guān)分系統(tǒng)研制單位，利用專項會議和研討會等多種形式，集中研討了高軌道遙感衛(wèi)星的技術(shù)特點、難點和風險點，加大攻關(guān)力度。比如，針對衛(wèi)星相機、數(shù)傳和控制3個關(guān)鍵分系統(tǒng)，組織專家和技術(shù)人員把高軌道和中低軌道衛(wèi)星的不同特性和關(guān)鍵點梳理出來，集中力量解決由此帶來的問題和風險。據(jù)不完全統(tǒng)計，梳理出初樣階段52項、正樣階段24項風險點，涉及到33臺套產(chǎn)品。對于這些風險點進行技術(shù)攻關(guān)，采取有針對性的措施加以消除。為確保風險點識別的全覆蓋，試驗驗證全方位，總體部還組織了單位內(nèi)部機械、熱控、電子、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的專家，對確認的16個重大風險點逐一進行研究把關(guān)，對于專家提出的疑慮和建議，型號隊伍又進行了專題研究和補充試驗，以切實消除隱患。

二是強化研制過程控制。在落實上級有關(guān)要求的同時，我們采取強有力的措施，努力把過程控制做深、做實、做細。比如，我們通過對關(guān)鍵特性的識別，共梳理出19個單點失效環(huán)節(jié)、13個關(guān)鍵項目和30個關(guān)鍵部件，為此設(shè)置了76個關(guān)鍵檢驗點和78個強制檢驗點，對相關(guān)產(chǎn)品研制過程進行嚴格的控制。對于關(guān)鍵檢驗點，要求承制單位必須專人跟蹤，全過程參與；對于強制檢驗點，要求總體人員必須現(xiàn)場監(jiān)督，簽字確認。

三是嚴格質(zhì)量歸零。除了自身型號出現(xiàn)質(zhì)量問題，按中國航天科技集團公司“雙五條”認真歸零外，對其他型號研制和在軌衛(wèi)星出現(xiàn)的問題，我們堅持嚴格清理查找自身問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，我們先后針對50多個問題進行了舉一反三，除了有針對性地出臺加強管理的措施外，進一步加強了試驗驗證和改進。據(jù)統(tǒng)計，先后落實到衛(wèi)星上的硬件和軟件的改進就有十余項。

四是嚴格技術(shù)狀態(tài)控制。一方面，堅持確定了的技術(shù)狀態(tài)，任何單位、任何人都不能隨意改動；另一方面，任何改動都要經(jīng)過充分論證和上一級組織的專家評審后方可實施。通過采取這些強力舉措，保證了技術(shù)狀態(tài)的固化和穩(wěn)定。

五是利用多種手段加強試驗驗證。遙感衛(wèi)星活動部件多，為確保8年壽命，我們充分利用各種手段進行試驗驗證，對于制冷機、大力矩動量輪、帆板驅(qū)動裝置等重要部件組件，堅持能進行地面加速壽命試驗的一律進行加速壽命試驗，確保試驗驗證到位。通過試驗驗證，換算能滿足8年的要求，不能進行加速試驗的，則開展1：1的壽命試驗驗證，有的試驗至今仍在進行。

在采訪結(jié)束時，高分－4衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果通過本刊向為了衛(wèi)星研制做出突出貢獻的各分系統(tǒng)研制單位和協(xié)作單位表示了感謝。同時他說，作為我國乃至世界高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的首發(fā)星，衛(wèi)星發(fā)射入軌、成功出圖只邁出了第一步。衛(wèi)星能否經(jīng)受住太空環(huán)境的考驗，能否確保8年壽命，怎樣做好在軌測試、維護等問題，既需要時間的檢驗，也是一個探索的過程，需要做大量的工作和方方面面的共同努力。另外，高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星應(yīng)用是一個全新的課題，怎樣把這顆衛(wèi)星應(yīng)用好，也是一個新領(lǐng)域，需要做大量的研究探索工作，我們研制隊伍將會同有關(guān)單位和用戶一道，再接再厲，探索共進，把這顆衛(wèi)星維護好，應(yīng)用好，為我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)建設(shè)做出新貢獻。

王曉宇/本文編輯