2016年12月28日，我國高景一號(hào)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(gè)自主研制的0.5米級(jí)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，高景一號(hào)身懷哪些獨(dú)門絕技，其發(fā)射升空又有何意義？請(qǐng)跟隨《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者的腳步，一起走近我國史上最強(qiáng)商業(yè)遙感小衛(wèi)星。
突破遙感市場(chǎng)壟斷
一眼下去覆蓋800公里的“高分一號(hào)”，將中國遙感衛(wèi)星空間分辨率帶進(jìn)“亞米時(shí)代”的“高分二號(hào)”，能全天時(shí)全天候觀測(cè)成像的“高分三號(hào)”……
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(chǎng)的“主角”高景一號(hào)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(wù)，高景一號(hào)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(tuán)公司旗下專業(yè)公司中國四維測(cè)繪技術(shù)有限公司(該公司負(fù)責(zé)高景一號(hào)商業(yè)化運(yùn)營)總經(jīng)理徐文表示。
這樣的定位既是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自主供給的要求，也有著現(xiàn)實(shí)考量。隨著技術(shù)應(yīng)用的不斷開發(fā)，遙感的價(jià)值不斷被發(fā)掘。而幾經(jīng)市場(chǎng)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(duì)我國高分辨率商業(yè)遙感市場(chǎng)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(fèi)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(chǎng)份額。更為棘手的是，在遙感數(shù)據(jù)市場(chǎng)，亞米級(jí)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(fèi)指標(biāo)，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(dá)到0.5米。
21世紀(jì)，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域的遙感衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正顯示出巨大成長性。徐文坦陳，因?yàn)闆]有話語權(quán)，有時(shí)，即便花費(fèi)大價(jià)錢也買不到急需的亞米級(jí)數(shù)據(jù)。
面對(duì)有些沉重的現(xiàn)實(shí)，2015年9月，經(jīng)財(cái)政部批準(zhǔn)，航天科技集團(tuán)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(gè)月完成了高景一號(hào)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(hào)的成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了我國國產(chǎn)遙感衛(wèi)星運(yùn)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(tuán)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(chǎng)上，這是一個(gè)分水嶺。此前，僅有美國、韓國達(dá)到了這一水平。“而高景一號(hào)發(fā)射圓滿成功，標(biāo)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(duì)普通公眾而言，最直觀的感受是衛(wèi)星看得更細(xì)更小了。以農(nóng)作物監(jiān)測(cè)為例，除了能夠識(shí)別農(nóng)作物長勢(shì)，還能分辨出不同時(shí)段農(nóng)作物顏色之間的細(xì)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(hào)的與眾不同。“它不僅能夠采集到更細(xì)膩的地物細(xì)節(jié)，適用于高精度地圖制作、變化監(jiān)測(cè)和影響深度分析，還可進(jìn)行大幅寬拍攝，對(duì)大面積地表觀測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。”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(duì)衛(wèi)星而言，能否根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行大角度的姿態(tài)轉(zhuǎn)向，并迅速地恢復(fù)穩(wěn)定，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像，進(jìn)而獲取高質(zhì)量的圖像，同樣十分重要。
實(shí)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(jī)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(hào)做到了。張曉敏說，高景一號(hào)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(dòng)量輪和控制力矩陀螺的組合方式。動(dòng)量輪就像平衡木運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，它既可以作為控制力矩陀螺使用，又可以作為動(dòng)量輪使用。當(dāng)工作在“控制力矩陀螺”模式時(shí)，可快速調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，工作在“動(dòng)量輪”模式時(shí)，可精準(zhǔn)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(hào)就像一位全能的太空體操運(yùn)動(dòng)員，既可以“動(dòng)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(hào)家族的部分成員。按照既定計(jì)劃，高景一號(hào)02組兩顆衛(wèi)星將在2017年中前完成建設(shè)并投入市場(chǎng)。“4顆空間分辨率達(dá)到0.5米級(jí)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(duì)于單顆衛(wèi)星的叫法。這種多星組合意義何在？徐文有一個(gè)相對(duì)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(fù)觀察同一地物通常需要好幾天。因?yàn)槌Ｒ姷倪b感衛(wèi)星為保證空間分辨率，多在低軌道運(yùn)行，觀測(cè)面積相對(duì)狹小，無法對(duì)同一地點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)，只能在經(jīng)過該點(diǎn)上空時(shí)拍攝照片。而有了星座，短時(shí)間內(nèi)重訪故地變得更加簡單。
徐文說，高景一號(hào)星座的設(shè)計(jì)旨在解決兩個(gè)主要問題，一是重復(fù)觀察同一地物，二是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)觀察，在災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方面，0.5米的高分辨率遙感衛(wèi)星星座更具優(yōu)勢(shì)。比如地震發(fā)生時(shí)，過去可能要一天兩天之后才能接收到災(zāi)區(qū)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在組成星座后，只需一兩個(gè)小時(shí)即可獲知災(zāi)區(qū)的情況。
根據(jù)設(shè)計(jì)，2017年這4顆0.5米分辨率遙感衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)營后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全球任意地點(diǎn)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(gè)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(duì)地觀測(cè)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(dá)300萬平方公里，對(duì)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(shí)現(xiàn)3天覆蓋一次。
更重要的是，得益于星座的建設(shè)，屆時(shí)，高景一號(hào)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(biāo)將逼近目前商業(yè)遙感衛(wèi)星的最高水平，即0.31米。
當(dāng)然，這只是第一步。根據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司宇航部處長楊亦可的說法，高景一號(hào)也只是商業(yè)遙感“16+4+4+X”系統(tǒng)建設(shè)第一階段的首發(fā)星。按照計(jì)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(xué)衛(wèi)星、4顆高端光學(xué)衛(wèi)星、4顆合成孔徑雷達(dá)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(dá)到1200萬平方公里，可實(shí)現(xiàn)對(duì)國內(nèi)十大城市1天覆蓋1次，配合雷達(dá)衛(wèi)星的全天候全天時(shí)對(duì)地觀測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)小時(shí)級(jí)的高分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取。
談及高景一號(hào)的未來，徐文表示，高景一號(hào)完成在軌測(cè)試后，將交付中國四維測(cè)繪技術(shù)有限公司下屬北京航天世景技術(shù)有限公司進(jìn)行數(shù)據(jù)推廣。衛(wèi)星將在國土資源調(diào)查、測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，日后還可能在新的市場(chǎng)——城市建設(shè)規(guī)劃、房地產(chǎn)投資、工業(yè)設(shè)施評(píng)估、金融保險(xiǎn)以及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方面大顯身手，為行業(yè)級(jí)和個(gè)人消費(fèi)用戶提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)。比如在保險(xiǎn)領(lǐng)域，數(shù)字地球已與合作伙伴共同努力，幫助保險(xiǎn)公司在災(zāi)害發(fā)生后，快速而準(zhǔn)確地估算損失。
“得益于分辨率的提高，高景一號(hào)可以根據(jù)需要傳回一大批極具價(jià)值的高清遙感圖像，將社會(huì)大眾帶入太空讀圖時(shí)代。”徐文稱。
在鞏固國內(nèi)市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，高景一號(hào)也將積極走出國門。徐文透露，高景一號(hào)將為全球用戶提供全天候?qū)Φ赜^測(cè)的遙感數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)解決方案服務(wù)，加速現(xiàn)有國產(chǎn)遙感衛(wèi)星向“市場(chǎng)業(yè)務(wù)型”轉(zhuǎn)變，帶動(dòng)引領(lǐng)自主遙感衛(wèi)星市場(chǎng)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(wù)。
