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資料圖：高分二號衛(wèi)星拍攝到的北京西直門地區(qū)。
在地球大氣層以外飛行的對地觀測衛(wèi)星宛如“天眼”，注視著地球表面，一物一景盡收眼底，為我們提供更高遠的視角觀測地球家園。這雙“天眼”是否明亮，決定了我們所看到的景物是否清晰。因此，無數(shù)航天科研人員孜孜不倦地工作，為的就是不斷擦亮這雙“天眼”。
9月29日，“高分二號”衛(wèi)星首批影像圖公布，在600公里高空所拍下的照片，能清晰地看到馬路上的斑馬線。這是我國首批亞米級高分辨率衛(wèi)星影像圖，標志著我國衛(wèi)星遙感技術進入亞米級時代。
從“高分一號”衛(wèi)星讓人震撼的首批衛(wèi)星影像圖，到更為震撼的“高分二號”衛(wèi)星影像圖，中國的“天眼”被一次次擦亮。
視野寬闊的“高分一號”
“高分一號”衛(wèi)星做到了空間分辨率、多光譜和寬覆蓋的結合。它在全球中分辨率衛(wèi)星中是觀測幅寬最寬的一顆，用4天時間就可以對全球完成拍攝
2006年，中國將高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項列入《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，是當年部署的16個重大專項之一。2010年5月，高分專項全面啟動。
作為高分專項系列衛(wèi)星的先鋒，“高分一號”衛(wèi)星這顆“天眼”并沒有將主要能力放在明察秋毫方面，它就如瞭望臺一般，登高望遠，視野遼闊是它不可替代的本事。
“高分一號”衛(wèi)星搭載了兩臺2米分辨率全色/8米分辨率多光譜相機、4臺16米分辨率多光譜寬幅相機。這就決定了“高分一號”衛(wèi)星在拍攝只具備灰色一種顏色的全色照片時，分辨率可以達到2米，在拍攝彩色多光譜照片時的分辨率為8米。
單從這項指標看，“高分一號”衛(wèi)星的分辨率并沒有多么出色，與國際同類衛(wèi)星相比并無優(yōu)勢，谷歌地圖所使用的“地球之眼”對地觀測衛(wèi)星的分辨率已經(jīng)達到了0.41米。就算與國內(nèi)其他衛(wèi)星相比，其優(yōu)勢也不明顯，早在2007年發(fā)射的“遙感二號”衛(wèi)星就實現(xiàn)了2米的全色分辨率。
但是，并不能就此否定“高分一號”衛(wèi)星的優(yōu)秀。得益于其所搭載的功能強大的16米分辨率多光譜寬幅相機，“高分一號”衛(wèi)星做到了空間分辨率、多光譜和寬覆蓋的結合。
在對地拍攝時，“高分一號”的多臺寬幅多光譜相機進行多角度拼接視場，從而實現(xiàn)了大視場成像，讓“高分一號”的16米分辨率幅寬達到了驚人的800千米。"高分一號’衛(wèi)星是中高分辨率相結合的衛(wèi)星，它的分辨率并不算高，但是它主要解決的是大幅寬問題�！备叻謱ｍ椆こ谈笨傊笓]王承文說。
雖然在分辨率上略遜一籌，但在拍攝幅寬上面，“高分一號”可謂獨占鰲頭�！八谌蛑蟹直媛市l(wèi)星中是觀測幅寬最寬的一顆，用4天時間就可以對全球完成拍攝�！蓖醭形恼f。
如此一來，“高分一號”衛(wèi)星便形成了足以成為技術突破的特點：高空間分辨率、多光譜與高時間分辨率結合的光學遙感技術應用。時間分辨率是指軌道衛(wèi)星在同一區(qū)域進行的相鄰兩次遙感觀測的最小時間間隔，亦稱覆蓋周期。時間間隔越大，時間分辨率越低，反之時間分辨率就越高�！皶r間就是金錢”這句話在這里同樣適用。
“我們國家國土幅員遼闊，需要觀測幅寬大的衛(wèi)星，更主要的是幅寬跟時間分辨率有很大的關系。我們所提到的高分辨率概念不僅僅是指大家平常所認為的空間分辨率，實際上‘高分一號’從立項的時候就要求高時間分辨率，這在應用方面是非常重要的�！蓖醭形恼f，為保證大范圍觀測，還設計了利用動量輪控制實現(xiàn)衛(wèi)星滾動側擺25°的能力，可觀測范圍達到近1000千米。
“高分一號”衛(wèi)星在平臺性能上也有所進步，這也為拍攝高精度的照片提供了支撐。據(jù)衛(wèi)星總設計師白照廣介紹，“高分一號”衛(wèi)星使用航天東方紅公司研制的CAST2000小衛(wèi)星平臺，這是一種標準的低軌道衛(wèi)星平臺，它使用三軸穩(wěn)定控制方式，具有整星側擺機動能力和較高精度的姿態(tài)控制能力�！案叻忠惶枴痹诖嘶A上加以改進，在CAST968/2000小衛(wèi)星上首次采用二浮陀螺進行衛(wèi)星姿態(tài)角速度測定，使得衛(wèi)星姿態(tài)控制精度更高�！叭绻l(wèi)星姿態(tài)不夠穩(wěn)定，就像拿著照相機的手不斷抖動，會直接影響成像質量�！卑渍諒V說。
此外，“高分一號”還是一顆“長壽衛(wèi)星”。它是我國首顆設計、考核壽命要求大于5年的低軌衛(wèi)星，而以往國內(nèi)同類衛(wèi)星的壽命大多為3年�！伴L壽”的奧秘就在于設計團隊在關乎衛(wèi)星使用壽命的活動部件，特別是飛速旋轉而又損耗極大的陀螺以及衛(wèi)星電池的設計方面花足了心思。改進的陀螺、高效能的太陽能帆板與鋰電池，讓“高分一號”能夠更為持久地翱翔在太空之上。
明察秋毫的“高分二號”
“高分二號”是我國第一個突破亞米級的民用對地觀測衛(wèi)星，斑馬線、小汽車等在其衛(wèi)星影像圖上可以清晰辨認，甚至黃浦江上的浪花都能看得清楚
“高分一號”衛(wèi)星在分辨率上的不足并非無法彌補，只不過它需要高分家族中的另一名成員—“高分二號”衛(wèi)星來完成。
“高分一號”的全色分辨率為2米，這意味著，地面上長和寬都小于2米的物體，呈現(xiàn)在“高分一號”所拍攝的全色圖像上僅僅為一個像素點，并不能看清楚其不規(guī)則形狀，也不隨著圖像放大而改變。像斑馬線、小汽車等物體在“高分一號”的衛(wèi)星圖像上是無法呈現(xiàn)的，但是這些在“高分二號”的衛(wèi)星影像圖上都可以清晰辨認。甚至在“高分二號”的衛(wèi)星影像圖上，黃浦江上的浪花都能看得清楚。
這得益于“高分二號”已經(jīng)達到1米的分辨率。其技術指標達到或超過國外同類光學遙感衛(wèi)星的水平，關鍵在于由兩臺相同的分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機。“高分二號”相機分系統(tǒng)主任設計師姜海濱說，“高分二號”衛(wèi)星相機焦距是國內(nèi)衛(wèi)星中焦距最長的�！斑@顆衛(wèi)星上裝有兩臺相機，與全世界同等級分辨率的衛(wèi)星相比，是成像幅寬最大的，達到了45千米。而且這兩臺相機還實現(xiàn)了98%的國產(chǎn)率，關鍵部件都是中國制造。”
1米全色分辨率相比于2米全色分辨率來講，不僅僅是數(shù)字的差別，更是質的飛躍。
“1米以下的分辨率就意味著進入了亞米級分辨率�！叻侄枴俏覈谝粋�突破亞米級的民用對地觀測衛(wèi)星�！备叻謱ｍ椆こ痰孛嫦到y(tǒng)總工程師徐文說。亞米級遙感數(shù)據(jù)在國際遙感領域被稱為“黃金數(shù)據(jù)”，這一稱謂足見其重要性。
要進入亞米級，則需要突破多項技術。分辨率是航天光學遙感相機一項關鍵指標。傳統(tǒng)方法是通過延長焦距、增大相機口徑的方式實現(xiàn)更高分辨率，但相機的體積、重量也會隨之增長，導致研制難度、成本倍增。上世紀九十年代，國外提出新的設計理念：在鏡頭焦距增加的同時，鏡頭口徑增加相對較小，即相機的相對孔徑越來越小。但這種方式受光學系統(tǒng)衍射的限制，會使圖像質量有所降低。必須利用相機成像電路的低噪聲技術和相關地面圖像數(shù)據(jù)處理技術，才能保證圖像質量。
研制過程中，科研人員在國內(nèi)首次采用小相對孔徑的創(chuàng)新設計，克服了鏡頭主次鏡離焦敏感度高等困難，突破了大口徑超長焦距光學系統(tǒng)水平重力卸載裝校、海量數(shù)據(jù)處理等一系列高分辨率相機研制難關，實現(xiàn)在同等光學系統(tǒng)口徑下，分辨率顯著提高。同時，科研人員首次采用天地協(xié)同的運作方式，為“高分二號”引入“大遙感”設計理念，通過相機特點和地面處理特點的匹配，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化，以充分挖掘相機的信息獲取潛力。與“高分一號”相比，“高分二號”相機的焦距及分辨率提高了2.4倍，而口徑僅增加了1.6倍。
“高分二號”衛(wèi)星還在衛(wèi)星定位精度方面做了很多功課，因為這關乎到其所拍攝的照片是否變形或錯位而導致不準確�！案叻侄枴毙l(wèi)星總指揮兼總設計師潘騰介紹，以往我國衛(wèi)星的定位精度多為百米量級，“高分二號”設計指標則要求達到無控制點條件下優(yōu)于50米的定位精度，因此在測軌精度、姿態(tài)穩(wěn)定精度等方面，研制團隊開展了大量工作。
衛(wèi)星的太陽能帆板、陀螺儀以及很多零部件會在運行中產(chǎn)生振動，對衛(wèi)星上搭載的長焦鏡頭來說，輕微的震動都可能導致圖像模糊。為此，研制團隊對“高分二號”衛(wèi)星平臺進行了適應性改進。在“高分二號”兩個太陽翼下面，裝有國防科技大學研制的“天弦一號”太陽翼振動控制裝置，能有效抑制太陽翼振動，使衛(wèi)星姿態(tài)機動穩(wěn)定時間進一步縮短。科研人員還首次采用阻尼減隔振等措施，吸收轉動能量，穩(wěn)定轉動部件，以保證圖像質量。
在保證穩(wěn)定的前提下，“高分二號”上首次使用控制力矩陀螺，采用優(yōu)化高效的控制定姿方案，具備了大角度快速機動能力。與能在180秒內(nèi)側擺25°的“高分一號”相比，“高分二號”可在180秒內(nèi)側擺35°。
而且，面對云層等天氣因素對衛(wèi)星拍照造成的影響時，沿著軌道飛行的“高分二號”還能選擇性地開關機�！氨热绫本┯性疲邶埥鷱V東天氣都不錯，那我們就讓衛(wèi)星在廣東開機拍攝，到了北京就關機，到了黑龍江再開機。這樣就能把衛(wèi)星的成像效能發(fā)揮好，節(jié)省數(shù)據(jù)儲存的空間。”徐文介紹，這個特點叫做“分次成像”。
相互配合構造中國“天眼”系統(tǒng)
高分專項包括七顆衛(wèi)星，功能定位各有不同，如雷達遙感衛(wèi)星“高分三號”可以不受氣候條件影響全天候觀測，高光譜衛(wèi)星“高分五號”可對大氣成分進行綜合探測
"高分一號’衛(wèi)星已經(jīng)在軌運行，情況非常好。在20余個政府部門、行業(yè)以及10個省級區(qū)域應用示范中心開展了非常好的示范應用。”王承文說，而且，它將與“高分二號”衛(wèi)星相互配合，普查與詳查相結合，在土地利用動態(tài)監(jiān)測、礦產(chǎn)資源調(diào)查、城市精細化管理等眾多領域發(fā)揮重要作用。
對于兩顆衛(wèi)星能力的相互配合，徐文解釋說：“假如說，我們要找一個2米以上的地物特征，但是我們不知道它的準確位置，只知道它在哪個大的區(qū)域，就可以先用‘高分一號’來進行觀測，看到很多類似的地物之后，再用‘高分二號’衛(wèi)星對該區(qū)域的地物進行觀測確認�！�
其實，在整個高分專項中，不僅僅有這兩顆衛(wèi)星。七顆高分系列衛(wèi)星功能各有不同，而且可以做到相互配合。
據(jù)國防科工局局長、高分專項領導小組組長許達哲介紹，具有1米分辨率的雷達遙感衛(wèi)星“高分三號”、高軌光學遙感衛(wèi)星“高分四號”、高光譜衛(wèi)星“高分五號”都在加緊研制，并將在明后兩年陸續(xù)發(fā)射。同時，“高分六號”、“高分七號”、平流層飛艇、航空觀測系統(tǒng)、地面系統(tǒng)和應用示范系統(tǒng)也將加緊建設，至2020年前，我國將建立起高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率的對地觀測體系。
高分辨率衛(wèi)星又分為雷達衛(wèi)星與光學衛(wèi)星。光學衛(wèi)星“高分二號”最大的敵人就是天氣。具有1米分辨率的“高分三號”雷達遙感衛(wèi)星就是要在解決高分辨率的基礎上，克服“高分二號”的限制，做到全天候觀測，“它是雷達衛(wèi)星，無論有云、有雨，不管是白天還是晚上，它都可以進行觀測，不受氣侯條件的影響�！蓖醭形恼f。
“高分四號”衛(wèi)星是高軌衛(wèi)星，始終在中國經(jīng)度赤道上空3.6萬米的高空對我們的國土進行觀測，更好地解決高時間分辨率的問題，而且其時間分辨率可達到分鐘級。
"高分五號’是具有納米級光譜分辨率、可對大氣成分進行綜合探測的高光譜遙感衛(wèi)星。”王承文說：“光譜是什么特性？有點像人的指紋，光譜分得越細，就可以把物質類型揭示得越徹底�！�
對于之前“高分一號”衛(wèi)星可以識別作物，王承文解釋稱，其靠的就是光譜，“不同植物的光譜特性是不一樣的，不僅僅可以識別出水稻、小麥、白菜、大豆，它的亞種通過高光譜也可以識別出來�！�
“高分專項與之前的衛(wèi)星一個最大的不同是管理方式上的變化。我們過去是‘私家車管理體系’，高分專項打造的是一個‘公交系統(tǒng)’。它首先就是要提高數(shù)據(jù)的使用效率，提高運行管理的效能，我們每一顆衛(wèi)星都要確定它的主用戶、一般用戶�！蓖醭形恼f。在這之后就是完善數(shù)據(jù)分發(fā)體系，由資源中心首先對近20個部委逐步分發(fā)，同時也對有條件的省份建立省一級數(shù)據(jù)中心，把數(shù)據(jù)盡可能以最快捷最高效的方式發(fā)放給大家。
高分專項還建立了國家級數(shù)據(jù)應用技術中心，把各個用戶的需求集中起來，由高分專項統(tǒng)一組織，集中全國優(yōu)勢力量攻克技術難關，形成成果共享，通過對于互聯(lián)網(wǎng)平臺等新技術的嫁接來促進空間信息產(chǎn)業(yè)和應用信息產(chǎn)業(yè)相關企業(yè)的發(fā)展，為這些企業(yè)的發(fā)展和促進產(chǎn)業(yè)的形成創(chuàng)造友好的環(huán)境和優(yōu)良的條件。
高分衛(wèi)星檔案
高分一號
●運載火箭：
長征二號丁
●發(fā)射時間：
2013年4月26日
●發(fā)射地：
酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心
●設計壽命：
5—8年
●搭載相機：
2臺2米分辨率全色/8米分辨率多光譜相機
4臺16米分辨率多光譜寬幅相機
●最高分辨率：8米
●最大拍攝幅寬：800千米
●衛(wèi)星平臺：
中國研制的CAST2000小衛(wèi)星平臺
●技術特點：在保持中等分辨率時對全球拍攝只需4天
高分二號
●運載火箭：長征四號乙
●發(fā)射時間：
2014年8月19日
●發(fā)射地：
太原衛(wèi)星發(fā)射中心
●設計壽命：5—8年
●搭載相機：
1臺1米分辨率全色相機
1臺4米分辨率多光譜相機
●最高分辨率：1米（亞米級）
●最大拍攝幅寬：45千米
