中國(guó)驕傲丨世界首顆，中國(guó)創(chuàng)造！陸地探測(cè)四號(hào)01星順利入軌 中國(guó)天基災(zāi)害監(jiān)測(cè)又添利器

【導(dǎo)語(yǔ)】世界首顆進(jìn)入工程實(shí)施階段高軌合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星陸地探測(cè)四號(hào)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(yàn)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(cè)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(xiàng)技能，將進(jìn)一步完善中國(guó)天基災(zāi)害監(jiān)測(cè)體系，對(duì)全面提升中國(guó)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(cè)四號(hào)01星發(fā)射。（圖源：國(guó)家航天局）

災(zāi)害信息獲取是世界各國(guó)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(cè)則是絕佳方案。對(duì)于我國(guó)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(cè)四號(hào)01星的想法，正是始于2008年我國(guó)發(fā)生的南方雪災(zāi)、汶川地震等突發(fā)災(zāi)害。

陸地探測(cè)四號(hào)01星所搭載的合成孔徑雷達(dá)工作時(shí)不受光照、天氣條件限制，是極端天氣條件下觀測(cè)的“一把好手”。自20世紀(jì)七八十年代起，多國(guó)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(cè)等領(lǐng)域。但是，目前國(guó)際上合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星都運(yùn)行于低軌，衛(wèi)星過境時(shí)間短、重訪周期長(zhǎng)、觀測(cè)范圍小，難以滿足應(yīng)急、搶險(xiǎn)和救災(zāi)的時(shí)效性需求。

不同于低軌衛(wèi)星，地球同步軌道衛(wèi)星運(yùn)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(duì)固定在地面上空，可以有效彌補(bǔ)低軌衛(wèi)星在觀測(cè)時(shí)間上的不足。同時(shí)，高軌衛(wèi)星以其“站得高、看得廣”的優(yōu)勢(shì)，在觀測(cè)范圍上也能對(duì)低軌衛(wèi)星進(jìn)行良好補(bǔ)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(jí)難題”。由于高軌衛(wèi)星位于“千里之外”，雷達(dá)信號(hào)在太空中傳輸呈指數(shù)型衰減，同時(shí)合成孔徑雷達(dá)對(duì)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(guó)家雖有研究，但均未進(jìn)入工程研制。

面對(duì)合成孔徑雷達(dá)高軌成像難題，研制團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了精密定軌技術(shù)跨代。陸地探測(cè)四號(hào)01星若要成像，必須知道成像時(shí)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(hào)，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(duì)耗費(fèi)4年時(shí)間通過“導(dǎo)航衛(wèi)星+地面測(cè)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(jí)。

從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)突破多項(xiàng)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(cè)四號(hào)01星是一顆可以在太空中對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)的衛(wèi)星，但觀測(cè)用的載荷設(shè)備不是相機(jī)，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(jī)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(duì)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(cè)云層之下的世界，所以陸地探測(cè)四號(hào)01星可以不受氣候限制、不受光照限制，全天候、全天時(shí)地對(duì)地觀測(cè)，非常適用于防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用場(chǎng)景。

除了采用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，陸地探測(cè)四號(hào)01星還有一個(gè)特點(diǎn)，那就是運(yùn)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(cè)四號(hào)01星運(yùn)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(yùn)行的衛(wèi)星就像在天上重復(fù)畫著一個(gè)“8”字，這樣可以對(duì)固定的一大片區(qū)域進(jìn)行相對(duì)持續(xù)的觀測(cè)，觀測(cè)重訪周期短、成像幅寬大。

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

此外，在陸地探測(cè)四號(hào)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(shí)現(xiàn)工程化，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和精密制造等方面技術(shù)進(jìn)步。

進(jìn)一步完善我國(guó)天基災(zāi)害監(jiān)測(cè)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(cè)四號(hào)01衛(wèi)星可服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)及地震監(jiān)測(cè)、國(guó)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(gè)行業(yè)應(yīng)用需求，是我國(guó)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(guó)天基災(zāi)害監(jiān)測(cè)體系，豐富我國(guó)重點(diǎn)區(qū)域觀測(cè)手段，全面提升我國(guó)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(cè)四號(hào)01星更好地服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)工作，研制團(tuán)隊(duì)利用衛(wèi)星高軌和微波兩個(gè)特點(diǎn)，緊扣災(zāi)害發(fā)生特點(diǎn)和觀測(cè)需求，為衛(wèi)星設(shè)計(jì)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(cè)四號(hào)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(gè)中國(guó)，一眼望去幾乎可以獲取整個(gè)長(zhǎng)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(cè)四號(hào)01星的凝視模式是研制團(tuán)隊(duì)專門根據(jù)國(guó)家災(zāi)害應(yīng)急觀測(cè)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(shì)，以1小時(shí)量級(jí)為間隔，對(duì)受災(zāi)區(qū)域開展持續(xù)多次觀測(cè)，相比低軌衛(wèi)星，觀測(cè)效率大幅提升，可以支撐應(yīng)急管理部門連續(xù)動(dòng)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(cè)四號(hào)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(shí)發(fā)生情況下的監(jiān)測(cè)需求。比如，當(dāng)南北方同時(shí)發(fā)生災(zāi)害時(shí)，研制團(tuán)隊(duì)可以將衛(wèi)星高軌道優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)機(jī)動(dòng)能力進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)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(cè)四號(hào)01星是《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2015-2025年)》中的遙感科研衛(wèi)星。國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心工程副總師孟令杰表示，過去一年，我國(guó)共發(fā)射200余顆衛(wèi)星。我國(guó)以衛(wèi)星遙感、通信、導(dǎo)航為主體的國(guó)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(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)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(shí)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(guó)航天科技集團(tuán))