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专访高分-2卫星总指挥兼总设计师潘腾  

2014-09-04 10:49:11|  分类: 宇航工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2014年8月19日,高分-2卫星在太原卫星发射中心由长征-4B火箭成功发射,标志着我国遥感卫星进入亚米级“高分时代”。高分-2是我国高分专项工程的第2颗光学遥感卫星,对于我国遥感卫星技术及应用产业发展具有重大的里程碑意义。为此,本刊记者对高分-2总指挥兼总设计师潘腾进行了专访。

高分-2看神州,细节尽收眼底
——专访高分-2卫星总指挥兼总设计师潘腾

记者:请您介绍一下高分-2的研制背景和过程?

潘腾:高分-2是高分专项中首批启动的光学遥感卫星。该卫星无论是从空间分辨率,还是对地观测幅宽,在我国民用遥感卫星的指标中都是最高的。通过对标,高分-2已经达到了国际先进水平。发射该卫星的目的就是要推进我国高分辨率卫星的应用。这颗星主要服务于国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部以及国家林业局等单位,其卫星图像主要用于土地调査、矿产资源调查、地质灾害调查、城乡规划、交通路网建设、风景名胜区和城市园林规划等方面。由于应用部门广泛,所以涵盖的应用领诚也比较多。众所周知,我国目前应用的很多高分辨率卫星图像还是依赖进口,这颗卫虽运行后,将很大比例地改变依靠进口卫星图片的现状。高分辨率卫星对国防也是很重要的,高分-2的数据可以军民共享。该卫星的预研工作开始得很早,大概从2007年开始,2011年6月3日正式批复立项,2012年完成正样验收,2013年10月出厂。卫星发射后半年正式交付。

记者:高分-2与高分-1相比有什么不同点?两者之间是什么关系?

潘腾:从严格意义上来看,高分-2才算是一颗真正的高分辨率卫星。高分-1的分辨率是2 m(全色),8 m(多光谱),配合16 m的宽幅相机。虽然业务性质与高分-2差不多,但其作用更倾向于普査。而高分-2的空间分辨率优于1 m,同时还具有高辐射精度、高定位精度和快速姿态机动能力等特点,是国内目前最先进的民用遥感卫星,可以开展精细化应用。同时,实现了45 km的幅宽。高分-1与高分-2可以配合使用,前者侧重大尺度,后者侧重于精细化。

记者:高分-2使用哪种卫星平台?有什么特点?设计寿命如何?

潘腾:高分-2使用的是资源卫星平台,但在原卫星平台的基础上进行了一系列的改进,一是增加了对地观测的灵活性;二是提高了卫星平台的稳定性,因此对地观测精度得以提高。举个比较具体的例子,如天上晃动1",地面上会变形3 m。另外,设计寿命从原来的3~5年,提升为现在的5~8年,采取了重组、冗余等措施,在系统发生故障的时候仍可以继续工作。归纳起来讲,机动性能好、姿态稳定度和对地精度高、寿命延长是这颗卫星在卫星平台上主要提升的方面。

记者:请您介绍一下高分-2的主要载荷及其作用?

潘腾:高分-2是一颗对地光学成像卫星,其主要载荷包括两台分辨率为1 m和4 m、幅宽26 km的对地成像相机,大容量固态存储器,以及高速率数据传输系统。从相机来看,相机成像的谱段有全色和多光谱,将来全色和多光谱的融合应用可以形成类似谷歌地球那种彩色的图像。另外,1 m和4 m的相机采用的是两台幅宽26 km的相机,拼接后可获得45 km大幅宽图像。如果想要在空中完成拼图的工作,需要在设计上就予以考虑。

记者:国外商业遥感卫星的分辨率已优于0.5 m,您认为我国遥感卫星的分辨率要想达到这一水平需要哪些技术攻关?

潘腾:我国遥感卫展分辨率达到1 m后,还会继续提升,这是发展的必然。从国际上看,1 m是一个攻关难点,一旦攻下了1 m的难点,向分辨率0.5 m靠近就没有本质难度了,只需要对一些设计参数进行调整。在工艺方面,因为相机的口径增大,设计上的难度自然会增大。由于性能指标的提高,对天地的配合要求也会更加严格,而实现路径并没有本质的区别。另外,有些技术也是在不断进步的,如分辨率越卨,对数据存储和传输的需求也相应增加了。即使我们不提这些需要,随着技术的进步,数据存储能力和传输速率也是在不断发展进歩的。

记者:在此次任务中,采用哪些新的技术,技术难点有哪些?

潘腾:高分2 的预研开始于2007年,已经过去了7年多。回过头来总结新技术主要有:首先是相机采取了长焦距、大F数的轻型化相机设计,两台相机总质最为460 kg。如果不采取这套设计方案的I舌,相机的总质量可能达到八九百千克。第二,因为卫星焦距很长,所以整个卫星的颤动和振动都会影响成像。为配合相机成像,卫星平台采用了很好的隔振技术。侧摆机动的动量轮、控制力矩陀螺等在轨运转之后多少都会产生一些振动,我们从相机到振动设备都做了相关的隔振措施。第三,高稳定性。在研制这颗卫星时,首次提出了无控制点定位精度星下点50 m指标,这是当时最高的,从而实现了姿态稳、结构稳、受环境影响变化小。高分-2下传数据由中国资源卫星应用中心处理并分发,该中心尽量保证图像不失真,应用部门需要根据高质量图像自行分辨和研究。

记者:大视场成像的主要应用是什么?

潘腾:高分-2立项时所确定的幅宽45 km是经过反复论证确定的。45 km可以保证对我国的地级市、县实现一次成像。对需要全局观测的场景,大幅宽图像比较好用,但大幅宽需要与高分辨率配合使用,否则边缘的图像是不能用的,可能产生变形。

记者:与法国的斯波特-6、7和美国的陆地卫星-8相比,高分-2水平如何?

潘腾:法国斯波特-6的全色分辨率为1.5 m,多光谱分辨率为6 m,星下幅宽为60 km,机动能力为±30°,无控制点定位精度为30 m;美国陆地卫星-8是一颗中分辨率卫星,全色分辨率为15 m,多光谱分辨率为30 m,幅宽为185 km,从其参数来看,它是一个大面积陆地普查卫星。斯波特-6、7和陆地卫星-8都是着重考虑数据的连续性,其配套的数据软件和数据库都是与其相伴而生的,从先进性上可以说高分-2技高一筹。但是这些国外卫星为了满足用户的要求,实现了卫星效益的最大化所做的工作,如卫星用户需求与设计的高度匹配、卫星运营和应用经验是非常值得我们学习的。

记者:请您谈一下国际遥感卫星发展的趋势。

潘腾:国际遥感卫星的发展有几大趋势:
第一,卫星影像处理技术不断创新,应用不断深入。目前,影像处理技术朝着多元化和企业级方向发展,除了传统的桌面影像处理技术外,还有影像管理技术、面向服务的影像处理技术等。
第二,高空间分辨率,同时实现宽覆盖。卫星遥感空间分辨率已逼近分米级,极限为厘米级,以提高目标探测精度。在提高空间分辨率的同时提高覆盖宽度,提高目标探测的效率。
第三,定位精度高,机动性好。这可以解决幅宽的问题,还能从不同的角度看同一幅图,最终的目的就是希望图像下传之后可以直接使用。如果将来卫星图像失真的少,传下来之后经过简单的处理就可以用了。
第四,实现三维成像。卫星遥感本身就是多学科的综合,多种技术的联合应用将大大拓宽遥感技术的应用范围,占领更广阔的市场。三维数字成像系统依照新型集成型系统设计原理所体现的高效率特点,在“动态监测”日益成为世人共识的情况下,必将是遥感卫星技术系统的发展方向,成为实现数字地球的新技术手段之一。
第五,组网应用,提高时间分辨率和快速反应能力。虽然我们目前的高分辨率卫星还不是一个星座,但它有可能是我国高分辨率星座的首颗星。
目前,国外正在发展的是卫星图像直接下传至地面移动终端的应用,这就需要一个很大的网络。我国高分辨率卫星的发展还是要先解决有无问题,有了分辨率米级的卫星后,我们要发展0.5 m分辨率卫星,然后再考虑如何用好这些高分辨率卫星,接着就是建网、组网的问题。由于国家的重视,最近几年我国遥感卫星发展很快,相信在不久的将来,我国将会拥有自己的商业遥感卫星。

原载《国际太空》2014年第8期
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