本刊特約記者 宗軒

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

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)星成功定點在預定的地球同步軌道。在衛(wèi)星成功傳回第一幅高質量圖像之際，本刊記者采訪了該衛(wèi)星總指揮兼總設計師李果。

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)星應用新領域。

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)星和導航衛(wèi)星基礎上研制的，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，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；五是設計壽命不同，以往遙感衛(wèi)星一般要求設計壽命3～4年，而高分－4衛(wèi)星則要求整星設計壽命達到8年，是我國目前設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、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：請您談談我國研制高分－4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”關鍵共性技術的一項戰(zhàn)略部署，對高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星技術發(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。

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、快速指向調整能力、靈活的任務編排、成像積分時間可調等優(yōu)勢，在第一時間、持續(xù)高頻率獲取監(jiān)測數(shù)據，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，可以為有關部門預測臺風的發(fā)展趨勢，及時采取應對措施提供幫助。高分－4衛(wèi)星主要用戶為民政部國家減災中心、中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心、中國地震局地震預測研究所、中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所等，各用戶和相關單位可以利用該衛(wèi)星響應迅速、覆蓋范圍大等特點與低軌道遙感衛(wèi)星配合使用，為我國減災救災、林業(yè)應用、環(huán)境監(jiān)測、海洋應用和氣象應用等多個領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、氣象、地震、林業(yè)等多個業(yè)務系統(tǒng)的應用需求上發(fā)揮重要的作用。

記者：據了解，該衛(wèi)星研制中進行了大量的技術創(chuàng)新，請您談談這方面的情況。

李果：為了滿足任務的需要，我們實現(xiàn)了多方面的技術創(chuàng)新，確保衛(wèi)星性能和功能的實現(xiàn)：衛(wèi)星可在數(shù)分鐘內完成任務機動響應，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，或對多個區(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，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，保證成像質量；是目前我國設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鍵技術？

李果：高分－4衛(wèi)星是在借鑒中國空間技術研究院中低軌道遙感衛(wèi)星、高軌道通信衛(wèi)星和“北斗”導航衛(wèi)星研制經驗的基礎上，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項關鍵技術：

1）地球同步軌道光學遙感衛(wèi)星總體設計技術?？傮w設計是衛(wèi)星研制工程的關鍵，而進行高軌道遙感衛(wèi)星設計，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研究院總體部技術人員在沒有在軌飛行先例，沒有成熟的技術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)星總體設計關鍵技術進行研究，深入分析和梳理出總體設計工作的重點和難點，突破了總體設計技術，設計出高水準的衛(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。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)星的關鍵技術之一。技術人員通過此項關鍵技術的攻關，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)定的關鍵技術，并通過數(shù)學仿真和全物理仿真試驗進行了驗證，技術指標滿足用戶要求。

3）地球同步軌道遙感衛(wèi)星長壽命、高可靠技術。高分－4衛(wèi)星是我國目前設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，是確保衛(wèi)星成功應用的關鍵。為此，技術人員通過對衛(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鍵技術的攻關，通過實施科學的設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)定一體化結構技術。一體化結構主要是提供高穩(wěn)定的結構安裝平臺，用于星載相機與星體結構的連接。通過研究試驗，突破了復雜結構復合材料的低膨脹率、結構微熱變形等設計技術，滿足了一體化結構的高穩(wěn)定要求。

5）復雜成像條件下高軌道遙感衛(wèi)星成像質量保障技術。技術人員根據高軌道遙感衛(wèi)星成像特點，梳理成像鏈路中對圖像質量產生影響的因素，分析各類因素的影響機理；結合衛(wèi)星指標體系和方案設計，通過仿真方法定量分析各因素對圖像質量的影響；在衛(wèi)星成像質量預先估計的基礎上，進一步驗證衛(wèi)星狀態(tài)及相關分系統(tǒng)技術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)據設計，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)星圖像質量滿足用戶要求。

6）中波段紅外面陣成像技術。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。為突破該項關鍵技術，技術人員以核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品（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關鍵，保證了大面陣紅外探測器在高軌道上的首次成功應用。

記者：該衛(wèi)星是我國第一顆設計壽命達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研究院的有關規(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，確保了衛(wèi)星研制工程的推進和質量。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)星的技術特點、難點和風險點，加大攻關力度。比如，針對衛(wèi)星相機、數(shù)傳和控制3個關鍵分系統(tǒng)，組織專家和技術人員把高軌道和中低軌道衛(wèi)星的不同特性和關鍵點梳理出來，集中力量解決由此帶來的問題和風險。據不完全統(tǒng)計，梳理出初樣階段52項、正樣階段24項風險點，涉及到33臺套產品。對于這些風險點進行技術攻關，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部機械、熱控、電子、結構等專業(yè)的專家，對確認的16個重大風險點逐一進行研究把關，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，我們通過對關鍵特性的識別，共梳理出19個單點失效環(huán)節(jié)、13個關鍵項目和30個關鍵部件，為此設置了76個關鍵檢驗點和78個強制檢驗點，對相關產品研制過程進行嚴格的控制。對于關鍵檢驗點，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。

三是嚴格質量歸零。除了自身型號出現(xiàn)質量問題，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。

四是嚴格技術狀態(tài)控制。一方面，堅持確定了的技術狀態(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。

在采訪結束時，高分－4衛(wèi)星總指揮兼總設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)星應用是一個全新的課題，怎樣把這顆衛(wèi)星應用好，也是一個新領域，需要做大量的研究探索工作，我們研制隊伍將會同有關單位和用戶一道，再接再厲，探索共進，把這顆衛(wèi)星維護好，應用好，為我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)建設做出新貢獻。

王曉宇/本文編輯