2016年12月28日，我國高景一號01組兩顆衛(wèi)星以一箭雙星方式成功發(fā)射。截至2017年1月10日，地面系統(tǒng)已成功接收處理了15軌1241景影像。從此，茫茫宇宙多了兩位中國籍“太空神探”。
作為我國首個自主研制的0.5米級高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，高景一號身懷哪些獨門絕技，其發(fā)射升空又有何意義？請跟隨《經(jīng)濟日報》記者的腳步，一起走近我國史上最強商業(yè)遙感小衛(wèi)星。
突破遙感市場壟斷
一眼下去覆蓋800公里的“高分一號”，將中國遙感衛(wèi)星空間分辨率帶進“亞米時代”的“高分二號”，能全天時全天候觀測成像的“高分三號”……
回望近年來發(fā)射的遙感衛(wèi)星，很多人至今記憶猶新。不過，今天要出場的“主角”高景一號雖同屬遙感大家庭，卻更接地氣。“過去，我國遙感衛(wèi)星多為政府等部門提供公益性服務，高景一號則將為各類商業(yè)用戶提供更專業(yè)、定量化的遙感數(shù)據(jù)。”中國航天科技集團公司旗下專業(yè)公司中國四維測繪技術(shù)有限公司(該公司負責高景一號商業(yè)化運營)總經(jīng)理徐文表示。
這樣的定位既是實現(xiàn)數(shù)據(jù)自主供給的要求，也有著現(xiàn)實考量。隨著技術(shù)應用的不斷開發(fā)，遙感的價值不斷被發(fā)掘。而幾經(jīng)市場洗禮脫穎而出的數(shù)字地球、空中客車等商業(yè)遙感衛(wèi)星公司，已對我國高分辨率商業(yè)遙感市場形成壟斷。
根據(jù)徐文提供的數(shù)據(jù)，我國每年優(yōu)于2.5米分辨率的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)直接消費約為5億元，并保持約8%的增長率，其中國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)占據(jù)了75%的市場份額。更為棘手的是，在遙感數(shù)據(jù)市場，亞米級以上特別是優(yōu)于0.5米分辨率的數(shù)據(jù)是主流的消費指標，但過去受制于自主商業(yè)遙感衛(wèi)星的性能，我國沒有一顆商業(yè)遙感衛(wèi)星的分辨率能夠達到0.5米。
21世紀，服務于國民經(jīng)濟和社會發(fā)展各領域的遙感衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)正顯示出巨大成長性。徐文坦陳，因為沒有話語權(quán)，有時，即便花費大價錢也買不到急需的亞米級數(shù)據(jù)。
面對有些沉重的現(xiàn)實，2015年9月，經(jīng)財政部批準，航天科技集團成立商業(yè)遙感衛(wèi)星公司。此后，航天東方紅衛(wèi)星有限公司用17個月完成了高景一號01組兩顆衛(wèi)星的研制。2016年末，隨著這兩顆衛(wèi)星在太原發(fā)射升空，我國商業(yè)遙感受制于人的局面宣告終結(jié)。
“高景一號的成功發(fā)射，實現(xiàn)了我國國產(chǎn)遙感衛(wèi)星運營模式商業(yè)化的突破，中國從此擁有了自主的0.5米高分辨率遙感數(shù)據(jù)。”中國航天科技集團黨群工作部部長賈可表示。
0.5米的分辨率意味著什么？在全球高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星市場上，這是一個分水嶺。此前，僅有美國、韓國達到了這一水平。“而高景一號發(fā)射圓滿成功，標志著國產(chǎn)商業(yè)遙感衛(wèi)星正式邁入國際一流行列。”航天東方紅衛(wèi)星有限公司副總經(jīng)理張曉敏說。
對普通公眾而言，最直觀的感受是衛(wèi)星看得更細更小了。以農(nóng)作物監(jiān)測為例，除了能夠識別農(nóng)作物長勢，還能分辨出不同時段農(nóng)作物顏色之間的細微差異，清晰程度與普通遙感衛(wèi)星相比，有如高清電視和普通電視的區(qū)別。
這一特殊之處決定了高景一號的與眾不同。“它不僅能夠采集到更細膩的地物細節(jié)，適用于高精度地圖制作、變化監(jiān)測和影響深度分析，還可進行大幅寬拍攝，對大面積地表觀測和環(huán)境監(jiān)測具有獨特優(yōu)勢。”張曉敏說。
空間“體操”小能手
分辨率只是衡量衛(wèi)星水平高低的參數(shù)之一。對衛(wèi)星而言，能否根據(jù)實際需要進行大角度的姿態(tài)轉(zhuǎn)向，并迅速地恢復穩(wěn)定，對目標進行成像，進而獲取高質(zhì)量的圖像，同樣十分重要。
實現(xiàn)這一特性，需要衛(wèi)星既能“轉(zhuǎn)得快”，又得“轉(zhuǎn)得穩(wěn)”。不過，“魚”和“熊掌”兼得并非易事。要想轉(zhuǎn)得快，衛(wèi)星的執(zhí)行機構(gòu)輸出的力矩就得大，可力矩大了慣量小，衛(wèi)星不容易快速穩(wěn)定，不能為高分辨率成像提供必備的姿態(tài)穩(wěn)定度條件。
單顆星只有500公斤重的高景一號做到了。張曉敏說，高景一號采用了我國最新研發(fā)的變速控制力矩陀螺。以往，衛(wèi)星姿態(tài)控制選用動量輪和控制力矩陀螺的組合方式。動量輪就像平衡木運動員張開的雙臂，通過調(diào)整內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的輪子的轉(zhuǎn)速來調(diào)整或穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)，雖然精度高但力量小，調(diào)整速度慢;控制力矩陀螺通過調(diào)整高速旋轉(zhuǎn)的輪子的旋轉(zhuǎn)軸的方向來調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)，可以提供“洪荒之力”，加快調(diào)整速度，但精度稍差。
而變速控制力矩陀螺集合了兩者的優(yōu)點，它既可以作為控制力矩陀螺使用，又可以作為動量輪使用。當工作在“控制力矩陀螺”模式時，可快速調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，工作在“動量輪”模式時，可精準穩(wěn)住衛(wèi)星，而且還可以在兩種模式間平滑切換。這樣一來，在姿態(tài)控制方面，高景一號就像一位全能的太空體操運動員，既可以“動如脫兔”，也可以瞬間“靜若處子”。
此次發(fā)射的兩顆衛(wèi)星，只是高景一號家族的部分成員。按照既定計劃，高景一號02組兩顆衛(wèi)星將在2017年中前完成建設并投入市場。“4顆空間分辨率達到0.5米級別的商業(yè)遙感衛(wèi)星星座，這在全球尚屬首次。”徐文稱。
所謂星座，是相對于單顆衛(wèi)星的叫法。這種多星組合意義何在？徐文有一個相對通俗的解釋：地球在轉(zhuǎn)，衛(wèi)星也在轉(zhuǎn)，單顆衛(wèi)星若想重復觀察同一地物通常需要好幾天。因為常見的遙感衛(wèi)星為保證空間分辨率，多在低軌道運行，觀測面積相對狹小，無法對同一地點連續(xù)觀測，只能在經(jīng)過該點上空時拍攝照片。而有了星座，短時間內(nèi)重訪故地變得更加簡單。
徐文說，高景一號星座的設計旨在解決兩個主要問題，一是重復觀察同一地物，二是實現(xiàn)動態(tài)觀察，在災害與環(huán)境監(jiān)測預報方面，0.5米的高分辨率遙感衛(wèi)星星座更具優(yōu)勢。比如地震發(fā)生時，過去可能要一天兩天之后才能接收到災區(qū)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在組成星座后，只需一兩個小時即可獲知災區(qū)的情況。
根據(jù)設計，2017年這4顆0.5米分辨率遙感衛(wèi)星組網(wǎng)運營后，可實現(xiàn)對全球任意地點每天重訪1次，這就意味著，只要天氣狀況良好，全球任何一個區(qū)域的景觀都可盡收眼底。
走出國門將可期
不僅如此，在衛(wèi)星數(shù)量、對地觀測類型、采集能力等方面，該星座也將具備國際一流水平：日采集能力達300萬平方公里，對國內(nèi)十大城市(北京、上海、廣州、深圳、天津、重慶、沈陽、成都、西安、武漢)可實現(xiàn)3天覆蓋一次。
更重要的是，得益于星座的建設，屆時，高景一號空間分辨率或?qū)⒂涩F(xiàn)在的0.5米提升至0.4米甚至0.3米。這一指標將逼近目前商業(yè)遙感衛(wèi)星的最高水平，即0.31米。
當然，這只是第一步。根據(jù)中國航天科技集團公司宇航部處長楊亦可的說法，高景一號也只是商業(yè)遙感“16+4+4+X”系統(tǒng)建設第一階段的首發(fā)星。按照計劃，“16+4+4+X”商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)將在2022年前后建成，該系統(tǒng)包括16顆0.5米分辨率高分光學衛(wèi)星、4顆高端光學衛(wèi)星、4顆合成孔徑雷達衛(wèi)星和若干顆高光譜、視頻小衛(wèi)星組合的遙感衛(wèi)星星座。系統(tǒng)最終建成后，日采集能力將達到1200萬平方公里，可實現(xiàn)對國內(nèi)十大城市1天覆蓋1次，配合雷達衛(wèi)星的全天候全天時對地觀測能力，可實現(xiàn)小時級的高分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取。
談及高景一號的未來，徐文表示，高景一號完成在軌測試后，將交付中國四維測繪技術(shù)有限公司下屬北京航天世景技術(shù)有限公司進行數(shù)據(jù)推廣。衛(wèi)星將在國土資源調(diào)查、測繪、環(huán)境監(jiān)測等方面提供優(yōu)質(zhì)服務，日后還可能在新的市場——城市建設規(guī)劃、房地產(chǎn)投資、工業(yè)設施評估、金融保險以及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)等多個方面大顯身手，為行業(yè)級和個人消費用戶提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)。比如在保險領域，數(shù)字地球已與合作伙伴共同努力，幫助保險公司在災害發(fā)生后，快速而準確地估算損失。
“得益于分辨率的提高，高景一號可以根據(jù)需要傳回一大批極具價值的高清遙感圖像，將社會大眾帶入太空讀圖時代。”徐文稱。
在鞏固國內(nèi)市場的基礎上，高景一號也將積極走出國門。徐文透露，高景一號將為全球用戶提供全天候?qū)Φ赜^測的遙感數(shù)據(jù)服務和應用系統(tǒng)解決方案服務，加速現(xiàn)有國產(chǎn)遙感衛(wèi)星向“市場業(yè)務型”轉(zhuǎn)變，帶動引領自主遙感衛(wèi)星市場化、產(chǎn)業(yè)化、國際化發(fā)展潮流。未來也將向國內(nèi)外客戶提供高質(zhì)量的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)及增值服務。
