王存恩 肖武平（北京空間科技信息研究所）

□□日本為了解決因其航天業(yè)過分依賴美國，改變到2008年底尚無一個衛(wèi)星平臺進入國際市場的被動局面，日本電氣（NEC）公司在經濟產業(yè)省和宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）的支持下，以新《航天基本法》的頒布和新航天基本計劃的公布為契機，研究和開發(fā)了先進的對地觀測系統(tǒng)—“具備新系統(tǒng)結構的先進觀測衛(wèi)星”（Advanced Satellite with New system Architecture for Observation，ASNARO）平臺，并成為繼三菱電機公司DS－2000平臺后又一個成功進入國際市場的衛(wèi)星平臺。

1 決策錯誤導致日本沒有一個可參與國際市場競爭的衛(wèi)星平臺

在日本，無論是由具有長期發(fā)展戰(zhàn)略眼光的航天科學家組成的宇宙開發(fā)委員會，還是內閣中負責航天研發(fā)的文部科學省，以及經濟產業(yè)省、郵政省、運輸省，都認為航天產業(yè)不僅有廣闊的市場前景，而且蘊含著無法估量的經濟效益。因此，上述各個部門都從不同角度認真調研、分析、支持或開展航天開發(fā)與應用。不過，由于日本政府過分地追隨和依賴美國，使本來起步就較晚，缺乏技術、開發(fā)與經營應用能力和經驗的航天業(yè)無法靠本國力量快速發(fā)展。

為了滿足國家和民眾對航天應用的迫切需求，日本曾一度放棄走自主研發(fā)之路，依靠美國力量發(fā)射通信、廣播和氣象衛(wèi)星；后來，為重返自主研發(fā)道路，并追趕世界先進水平，又在相當長的時期“過分地強調研究和開發(fā)高精尖技術”，甚至將其置于用戶需求之上，從而導致沒能開發(fā)出國家和民眾迫切需求的大型通信衛(wèi)星；接著，在美國的強大壓力和“研制不如購買衛(wèi)星”的輿論誤導下，做出以大量購買美國通信衛(wèi)星來抵消美日貿易逆差的錯誤決策，這不僅耗費了大量外匯，而且還嚴重地影響了日本航天技術發(fā)展和產業(yè)化進程，削弱了日本航天產品在國際市場上的競爭力，導致以通信廣播衛(wèi)星為代表的商用衛(wèi)星的開發(fā)幾乎處于停滯狀態(tài)，日本通信衛(wèi)星開發(fā)應用水平一度遠遠落后于歐美。

ASNARO－1衛(wèi)星示意圖

NEC公司為滿足用戶需求所開發(fā)的ASNARO平臺和4種有效載荷

2 日本航天開發(fā)企業(yè)尋求自主研發(fā)衛(wèi)星平臺進入國際市場

在面臨資金短缺，在軌衛(wèi)星屢屢出現(xiàn)故障乃至發(fā)射失敗，自主開發(fā)通信廣播衛(wèi)星難以得到用戶支持的被動局面下，宇宙開發(fā)委員會和JAXA憑借與美國合作開發(fā)中型試驗通信廣播衛(wèi)星取得的經驗，成功研制和發(fā)射了用于移動通信的技術試驗衛(wèi)星－5、6（ETS－5、6）和“通信技術試驗衛(wèi)星”（COMETS）。三菱電機公司成功開發(fā)了DS－2000平臺，并進入國際市場。

經濟產業(yè)省不僅一直關心航天產業(yè)化，對內閣做出的以購買美國通信衛(wèi)星方式抵消美日貿易逆差的決定持異議，早在20世紀70年代就指令（財團法人）無人空間實驗系統(tǒng)研究開發(fā)機構（USEF）、新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）等進行了深入調研，并支持三菱重工、三菱電機、日立公司等產業(yè)界、高校、研究機構開展研究和實驗，就航天產業(yè)化、民用器件在航天領域的應用等進行了廣泛的考察；并以不同方式支持研制和發(fā)射民用器件驗證衛(wèi)星－1、2（MDS－1、2），下一代無人試驗系統(tǒng)（USERS）和ASNARO平臺等的研發(fā)。如今ASNARO 平臺已成為繼DS－2000平臺后又一個實現(xiàn)模塊化、標準化、系列化、通用化、市場化，并打入國際市場的衛(wèi)星平臺。

ASNARO－1衛(wèi)星技術參數(shù)

3 ASNARO平臺概況

ASNARO平臺是以NEC公司研制的小型科學衛(wèi)星標準公用平臺—NEXTAR為基礎開發(fā)的、搭載地球觀測遙感器的小型地球觀測衛(wèi)星平臺，以該平臺研制的衛(wèi)星主要用于地球觀測，能對洪水、森林火災等災情進行監(jiān)視，生成彩色立體地圖。ASNARO平臺的首發(fā)星ASNARO－1是一顆技術試驗衛(wèi)星，主要用于驗證該平臺，衛(wèi)星搭載光學遙感器，質量約500kg，分辨率優(yōu)于50cm，幅寬為10km，設計壽命3年，單星研制費用為50億日元，2008年開始研制，將于2012年12月由俄羅斯運載火箭發(fā)射。ASNARO－2衛(wèi)星搭載X頻段合成孔徑雷達，2008年底開始研制，分辨率優(yōu)于1m，單星研制費用為80億～90億日元，計劃于2014年發(fā)射。

在ASNARO平臺的具體任務落實和執(zhí)行開發(fā)階段，隸屬于經濟產業(yè)省的USEF負責確定衛(wèi)星的規(guī)格，組織研討，并調整和確定所采用的技術，進行計劃進度管理；NEC公司負責衛(wèi)星的正樣設計、制造、試驗評價和發(fā)射。

為拓展市場，滿足各種不同任務用戶的需求，NEC公司又追加開發(fā)了兩種可供ASNARO平臺搭載的有效載荷艙，也就是說，目前ASNARO平臺可搭載4種有效載荷艙：①搭載高分辨率光學遙感器，構成配備高分辨率攝像機的光學遙感衛(wèi)星；②搭載合成孔徑雷達，即便是大霧、沙塵天氣和黑夜，仍可清楚地觀測到光學遙感器無法觀測到的地表任何指定角落，構成合成孔徑雷達衛(wèi)星；③搭載超光譜信號圖像遙感器，可在對觀測到的各譜段的光譜分光后再進行觀測，構成超光譜遙感衛(wèi)星；④搭載紅外遙感器，可對熱源產生的紅外線進行高精度的科學觀測，構成紅外遙感衛(wèi)星。

當前國際上有代表性的高分辨率地球觀測衛(wèi)星的性價比對照表

ASNARO衛(wèi)星的4種攝像模式

4 ASNARO衛(wèi)星有效載荷艙的主要特點

ASNARO衛(wèi)星有效載荷艙包括3個分系統(tǒng)，即光學遙感器分系統(tǒng)、飛行任務控制分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)。

星載光學遙感器輸出的圖像以非壓縮的方式存儲到閃爍存儲器數(shù)據(jù)記錄儀內。其存儲的圖像數(shù)據(jù)由發(fā)送器調制成X頻段[16正交振幅鍵控（QAM）]，再通過配備雙框架X頻段指向天線，以800Mbit/s的速率傳送到地面站。

ASNARO衛(wèi)星在垂直于星下點進行軌道機動時，軌道機動角度最大為±45°，可達到在45s內完成45°的機動，實現(xiàn)敏捷機動之目標。

ASNARO平臺和有效載荷艙的結構、散熱系統(tǒng)、供電系統(tǒng)均獨立設計，兩者間的接口條件實現(xiàn)了標準化，做到在不改變平臺設計的情況下就能夠適用于多個飛行任務。

ASNARO衛(wèi)星具備4種攝像模式：快照模式、廣域攝像模式、3D攝像模式和連拍模式，其中快照模式是基本模式。

連拍模式及其攝像角度

采用NTSiC材料的ASNARO衛(wèi)星主鏡

ASNARO數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的主要組成儀器

· 快照模式是將衛(wèi)星姿態(tài)固定在慣性空間，依據(jù)標準對10km×10km的有效區(qū)域進行攝像（1幀）。

· 廣域攝像模式通過對接近觀測目標的某一地域進行多次快照，可達到對更廣域進行觀測的目的。

· 3D攝像模式從不同的兩個方向對某一觀測地域進行攝像，在地面對所拍攝的圖像進行加工后可得到所觀測地域的三維信息。

· 連拍模式是與快照模式不同的攝像模式。從姿態(tài)控制方面講，連拍模式是一種需要將衛(wèi)星姿態(tài)固定到慣性空間坐標進行攝像，由于衛(wèi)星的軌道運動會導致衛(wèi)星偏離指向軸方向，也就會使對準地表的衛(wèi)星指向軸方向發(fā)生變化。因此連拍模式可在短時間對目標攝像，而無法完成長時間連續(xù)攝像。另一方面，就連拍模式而言，衛(wèi)星在軌機動后具有一定的旋轉速率，可像衛(wèi)星軌道坐標系被固定那樣來進行衛(wèi)星的姿態(tài)控制，相對于地面，衛(wèi)星的指向軸方向不變，可實現(xiàn)對目標長時間、連續(xù)攝像。連拍模式能對850km（最長）×10km的地域進行120s連續(xù)攝像。

5 在致力于ASNARO有效載荷艙小型化方面的主要對策

許多國家都在致力于研究有效載荷艙的小型化、低功耗、高分辨率、數(shù)據(jù)接收速率快、數(shù)據(jù)處理和分析的耗時短等核心問題。ASNARO有效載荷艙配備了高分辨率光學遙感器、數(shù)據(jù)記錄儀和X頻段數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等有效載荷儀器，能將在太空中拍攝到的光學圖像變換成數(shù)字信號，通過帶有閃爍存儲器的數(shù)據(jù)記錄儀(壽命末期容量為120GB)以非壓縮方式存儲所記錄的數(shù)據(jù)；可將存儲的圖像數(shù)據(jù)以最新的調制方式（16QAM）進行調制，通過頻率變化將其變換成X頻段（8MGHz）；最后利用配備雙框架的指向性X頻段天線，通過800Mbit/s的高速數(shù)據(jù)記錄儀傳送到地面站。

僅為500千克級的ASNARO小型地球觀測衛(wèi)星在性能方面能夠與幾噸級的大型地球觀測衛(wèi)星相媲美，主要是ASNARO采用了各種新標準、新工藝、新技術，實現(xiàn)了有效載荷艙小型化，主要包括以下3個方面。

（1）采用新型材料的反射鏡

以往光學衛(wèi)星的主鏡（望遠鏡）一般都是以玻璃為主要材質，而ASNARO衛(wèi)星的主鏡采用改進型碳化硅，也稱高強度反應燒結碳化硅或新技術碳化硅（NTSiC）為主要材質，由NEC公司下屬的東芝空間系統(tǒng)公司（NTS）和東芝公司共同研制，這種主鏡與以玻璃為主要材質的主鏡相比，不僅質量輕、強度大，而且熱畸變小。

（2）采用閃爍存儲器

以往光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)記錄儀的存儲器大都采用可快速處理、具有高可靠性的同步動態(tài)隨機存儲器（SD-RAM），而ASNARO采用的是比SD-RAM的發(fā)熱量低、功耗低、成本低，且容量相當大的閃爍存儲器，使數(shù)據(jù)記錄儀不僅實現(xiàn)了小型化、輕量化，而且大幅降低了成本。

（3）采用QAM方式傳輸觀測數(shù)據(jù)

以往光學衛(wèi)星一般都采用四相相移鍵控（QPSK）調制方式傳輸觀測數(shù)據(jù)，它是以單一符號傳輸2位信息的方式，受8GHz頻段的頻域限制，使傳輸速率僅限于400Mbit/s。而大型衛(wèi)星則是通過搭載雙系統(tǒng)來實現(xiàn)800Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。ASNARO采用的是以單一符號傳輸16QAM觀測數(shù)據(jù)的方式（其傳輸速率是QPSK方式的2倍），這樣就可實現(xiàn)僅用1個系統(tǒng)的通信儀器就可傳輸大型衛(wèi)星所傳輸?shù)?00Mbit/s數(shù)據(jù)，不僅傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了小型化、輕量和輕型化，而且還大幅度地降低了開發(fā)成本。

國際上有代表性的小型地球觀測衛(wèi)星平臺主要性能比較

6 日本發(fā)展ASNARO平臺的未來計劃

目前，NEC公司已完成了ASNARO－1的研制和系統(tǒng)調試，計劃在2012年12月發(fā)射；ASNARO－2的研制工作進展順利，其關鍵部件合成孔徑雷達已完成飛行樣機的研制，計劃于2014年發(fā)射；而對超光譜遙感衛(wèi)星ASNARO－3的論證工作已基本結束，方案已確定，計劃于2016年發(fā)射。

此外，據(jù)日本產經新聞等報道，并從日本經濟產業(yè)省、JAXA等官方證實，日本已與越南草簽了協(xié)議，利用政府開發(fā)援助（ODA）資金，為越南研制以ASNARO平臺為基礎的兩顆小型地球觀測衛(wèi)星，一顆為光學衛(wèi)星，將在2017年用H－2A火箭發(fā)射；另一顆為合成孔徑雷達衛(wèi)星，將于2020年用H－2A火箭發(fā)射。協(xié)議還包括研制衛(wèi)星地面設備，以及對參加衛(wèi)星開發(fā)、應用和地面設施的應用與維修人員的培訓。

此外，日本自2010年8月以來，先后6次派出以經濟產業(yè)省航天產業(yè)貿易會負責人為團長，有從事航天產業(yè)開發(fā)的企業(yè)代表，相關省廳、JAXA等負責人參加的訪問交流團，訪問了泰國、蒙古、馬來西亞，智利、阿根廷等亞洲、南美及非洲的20多個急切需要且尚不具備研制和發(fā)射這類衛(wèi)星能力的國家，探討對以ASNARO為基礎研制的小型地球觀測衛(wèi)星的需求，闡述日本開發(fā)這類衛(wèi)星的優(yōu)勢與特點，為ASNARO平臺尋找新的用戶，為其走向國際市場鋪路?！?/p>