浩瀚宇宙再添一顆“中國星”!昨天凌晨,由上海航天技術(shù)研究院抓總研制的高分五號衛(wèi)星在太原發(fā)射基地成功升空并進(jìn)入預(yù)定軌道,這是上海航天人的驕傲,也是“上海制造”的榮耀時(shí)刻。高分五號是我國首顆高光譜綜合觀測衛(wèi)星,也是我國高分重大專項(xiàng)中唯一一顆高光譜觀測衛(wèi)星,是我國實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率對地觀測能力的重要標(biāo)志之一。

高分五號衛(wèi)星太陽板展開圖。 宋卓璟 攝

要做就做最好。立項(xiàng)之初,研制團(tuán)隊(duì)對標(biāo)國際同期在軌運(yùn)行的大氣高光譜探測儀器和規(guī)劃中的新一代星載高光譜成像儀的技術(shù)指標(biāo),果斷決定搭載6臺全新研制的有效載荷。其中,包括2臺先進(jìn)的高光譜/多光譜陸地觀測載荷(可見短波紅外高光譜相機(jī)、全譜段光譜成像儀)和4臺先進(jìn)的大氣類觀測載荷(大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀和大氣氣溶膠多角度偏振探測儀),光譜分辨率國內(nèi)最高,國際領(lǐng)先。

高分五號衛(wèi)星投入使用后,將為我國環(huán)境綜合監(jiān)測、國土資源勘察、氣候變化研究、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)作物分類與估產(chǎn)等提供有力支撐,為美麗中國建設(shè)增添了一雙“慧眼”。

不僅能探礦還可分析是何種礦

高光譜遙感是當(dāng)前遙感技術(shù)的前沿領(lǐng)域。高分五號衛(wèi)星總指揮蔣光偉說:“用戶對高分五號衛(wèi)星的需求非常迫切,2012年12月31日趕在當(dāng)年的最后一天衛(wèi)星獲批立項(xiàng)。”那時(shí),閉幕不久的黨的十八大上首次提出了要建設(shè)美麗中國,這也是當(dāng)時(shí)環(huán)境保護(hù)部(現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境部)作為用戶的第一顆衛(wèi)星。

地球上不同物質(zhì)都有自己獨(dú)特的光譜特征,如果說肉眼只能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息,光譜探測則可以分析物質(zhì)的具體成分。比如說通過高光譜遙感技術(shù),不僅能探測一個(gè)地方有沒有礦,還可以分析是何種礦。蔣光偉告訴記者,一般多光譜衛(wèi)星有幾個(gè)到幾十個(gè)探測通道,高分五號衛(wèi)星6臺載荷不僅實(shí)現(xiàn)了從紫外至長波紅外全譜段的高光譜觀測,而且其中可見短波紅外高光譜相機(jī)一個(gè)載荷就有330個(gè)探測通道,可以獲取0.4-2.5微米譜段的圖像和連續(xù)光譜信息,其強(qiáng)大探測能力自不待言。

大氣主要溫室氣體監(jiān)測儀,是國際上首臺采用空間外差干涉體制進(jìn)行溫室氣體探測的有效載荷,可獲取二氧化碳、甲烷等大氣溫室氣體的高光譜數(shù)據(jù),可用于對區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測以及全球溫室氣體起源與經(jīng)風(fēng)向傳播的“旅行圖”進(jìn)行分析等,為氣候變化研究及環(huán)境外交提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。“高分五號衛(wèi)星其實(shí)是將大氣和陸地觀測兩類衛(wèi)星的功能集合在一顆星上。”高分五號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師孫允珠說。

突破關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可靠長壽命

高分五號衛(wèi)星就像是一個(gè)“全能運(yùn)動員”,在國內(nèi)首次運(yùn)用高光譜/多光譜對地成像觀測、天底觀測、掩星觀測、海洋耀斑觀測、多角度觀測、偏振觀測等多種探測手段,是國內(nèi)探測手段最多的光學(xué)遙感衛(wèi)星,工作模式多達(dá)26種。它強(qiáng)大的綜合觀測能力讓用戶對衛(wèi)星的需求更為迫切。據(jù)蔣光偉透露,當(dāng)時(shí)國內(nèi)低軌遙感業(yè)務(wù)星設(shè)計(jì)壽命一般為3-5年,高分五號作為首顆科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星,設(shè)計(jì)壽命要求達(dá)到8年,還要提前發(fā)射,這使研制工作難度進(jìn)一步加大。

要知道,高分五號在705公里的太陽同步軌道,每天都要經(jīng)歷近15次高低溫變化和空間輻照影響,這對衛(wèi)星使用壽命無疑是極大考驗(yàn)。為此,研制團(tuán)隊(duì)整整花了一年時(shí)間重新論證并改進(jìn)、優(yōu)化原先的設(shè)計(jì)方案,從元器件到線纜,從電源到活動部件,從載荷到平臺,一一梳理,并針對探測器、制冷機(jī)等壽命薄弱環(huán)節(jié)開展了75項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證,突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

為驗(yàn)證數(shù)傳分系統(tǒng)的核心單機(jī)固存的長壽命和高可靠性,團(tuán)隊(duì)做了8萬次的讀寫試驗(yàn),相當(dāng)于在軌使用16年,沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)壞區(qū)。衛(wèi)星天線在軌每天要進(jìn)行大角度的擺動,是對使用壽命考驗(yàn)最大的部件之一。即使衛(wèi)星實(shí)際在軌運(yùn)行8年也只需6萬多次擺動,但高分五號團(tuán)隊(duì)在地面做了8萬次擺動驗(yàn)證試驗(yàn)。

高分五號衛(wèi)星從立項(xiàng)研制到成功發(fā)射正好經(jīng)歷了國家提出建設(shè)美麗中國砥礪奮進(jìn)的五年,在軌運(yùn)行的前三年是我國進(jìn)行環(huán)境治理攻堅(jiān)戰(zhàn)的三年。投入使用后,將在我國高光譜分辨率遙感衛(wèi)星應(yīng)用方面起到重要示范作用。記者 劉錕