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高分一號的落後與特色 (ZT)

(2014-08-18 11:07:58) 下一個



  --------國防科技工業局公布了國產"高分一號"衛星的首批照片。此批照片包括了大同、北京等多個城市的2米分辨率全色照片和8米分辨率多光譜照片。不少網友在瀏覽網上照片後表達了不滿: 怎麽分辨率那麽低,連"穀歌地球"也不如?

在這裏需要先澄清一下,為了減輕對服務器帶寬的壓力,網絡新聞媒體刊登的"高分一號"照片已經進行過壓縮,特別是為了在單幅圖片上顯示城市全貌,對圖片進行了縮小,所以網友看到的圖片質量要比原圖差非常多。但從官方給出的資料來看,高分一號照片分辨率確實不及穀歌地球所采用的衛星照片。

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高分一號光學成像衛星是我國"高分辨率對地觀測"係統重大專項(簡稱"高分專項")的第一顆衛星,它的主要用戶為國土資源部、農業部和環境保護部。高分專項是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020年)》所確定的16個重大專項之一,整個項目包括天基觀測係統、鄰近空間觀測係統、航空觀測係統、地麵係統和應用係統等5大係統。高分專項由國防科工局負責牽頭組織,於2010年5月全麵啟動實施,計劃到2020年建成我國自主的陸地、大氣和海洋先進對地觀測係統,為資源環境、防災減災、現代農業以及國家安全等領域提供服務,並確保掌握對地觀測資源的自主權,促進空間遙感產業鏈的形成。


高分一號拍攝的2米分辨率大同市影像(圖片有壓縮)

隨著國民經濟的蓬勃發展,我國多個行業對衛星遙感觀測存在巨大的需求。但我國民用遙感衛星一直遠遠落後於世界先進水平,軍用偵察衛星情況稍好,但使用軍用衛星照片需要經過苛刻的審查、產品時效性也往往不足,因此我國高分辨率對地遙感觀測目前主要依靠昂貴的航空遙感,或者向國外購買衛星照片。高分專項的啟動和發展是時代的必然。

 

根據目前公開的計劃,高分專項的天基係統包括至少7顆高分係列衛星,分別編號為高分一號到高分七號,它們都將在2020年前發射並投入使用。7顆衛星最先發射的高分一號為光學成像遙感衛星,主要載荷為2米全色/8米多光譜/16米寬幅多光譜的相機,高分六號的載荷性能也與其相似;高分二號仍為光學遙感衛星,但全色和多光譜分辨率都提高一倍,分別達到了1米全色/4米多光譜;高分三號衛星為1米分辨率的C波段合成孔徑雷達衛星;高分四號為地球同步軌道上的光學衛星,全色分辨率為50米;高分五號是不僅裝有高光譜相機,而且擁有多部大氣環境和成分探測設備,如可以間接測定PM2.5的氣溶膠探測儀;高分七號則屬於高分辨率空間立體測繪衛星,具體性能未知,但應該強於現有的資源三號衛星。高分係列衛星覆蓋了從全色、多光譜到高光譜,從光學到雷達,從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型,構成了一個具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測係統,與高分專項的其他觀測手段相結合,將建成具有全天時、全天候和全球範圍觀測能力的高分辨率對地觀測係統。

高分專項是一個非常龐大的遙感技術項目,包含至少7顆衛星和其他觀測平台。
 

回到高分一號,高分一號的全色分辨率是2米,多光譜分辨率是8米,這個水平確實遠遠不及國外光學成像衛星,甚至比不上一些先進的合成孔徑雷達成像衛星。高分一號衛星發射成功後,衛星總設計師白照廣接收采訪時表示,高分一號衛星在分辨率上與國際先進水平差距20年以上。目前國外分辨率最高的商業成像衛星分辨率已經達到了0.41米,這其中就包括穀歌地球所使用的GeoEye係列衛星照片。

其實相比國內之前發射的一些光學成像衛星,高分一號在分辨率性能上也不算出彩。我國早在2007年發射的遙感二號衛星上就實現了2米的全色分辨率,如果說遙感二號是軍用衛星的話,近年來國土資源部資源一號02C衛星的2.36米全色分辨率和國家測繪局資源三號衛星的2.1米全色分辨率,與高分一號衛星相差並不遠。出口委內瑞拉的遙感衛星一號衛星,也達到了2.5米全色分辨率。

美國商用Worldview2衛星,全色分辨率0.41米,代表了民用遙感衛星的最高技術,遠遠領先於我國現有民用遙感衛星。


發射時間早於高分一號的國土資源部的資源一號02C衛星模型,全色分辨2.36米。高分一號在分辨率上較其沒有突破。

 

高分一號在分辨率上沒有突破,但這並不意味著高分一號一無是處。高分一號衛星技術上的主要特點是空間分辨率、多光譜和大覆蓋的結合。高分一號衛星除了全色分辨率2米的高清相機,還增加了高分辨率多光譜相機,可以拍攝紅黃藍綠四個譜段的彩色圖像,其多光譜相機性能在目前國內投入運行的對地觀測衛星中獨占鼇頭。出口委內瑞拉遙感衛星一號的16米分辨率寬幅多光譜相機幅寬為370千米,而高分一號衛星的寬幅多光譜相機幅寬達到了驚人的800千米。據了解,高分一號衛星使用多台寬幅相機進行多角度拚接視場,從而實現了大視場成像。以高達800千米的幅寬,高分一號衛星4天內就能把地球完整地看一遍。對比而言,資源三號衛星的幅寬隻有52千米左右,法國去年發射的SPOT6衛星幅寬也僅為60千米,高分一號衛星在具有類似空間分辨率的同時,可以在更短的時間內對一個地區重複拍照,實現了高空間分辨率和高時間分辨率的完美結合,是衛星設計的一大亮點。

高分一號衛星在平台性能上也有所進步。高分一號衛星使用航天東方紅公司研製的CAST2000小衛星平台,這是一種標準的低軌道衛星平台,它使用三軸穩定控製方式,具有整星側擺機動能力和較高精度的姿態控製能力,星務管理係統高度集成,外加高效率的電力供應,整個平台具有良好的擴展性和靈活性,是一個高性能的遙感衛星衛星平台。雖然CAST2000衛星平台在部分性能上和資源二號衛星平台仍有一定差距,但它作為小衛星平台質量更小,而且作為後發者設計也更先進,而且也有部分性能後來居上。

CAST2000衛星平台已經用於包括委內瑞拉遙感衛星一號在內的國內外7顆遙感衛星,雖然它的設計使用壽命隻有3年,但遙感衛星二號的實際軌道壽命早已突破了5年,同樣使用CAST2000平台的委內瑞拉遙感衛星一號的設計壽命也達到了5年。在過去成功的經驗基礎上,通過對衛星平台的進一步改進。高分一號衛星使用了輕質高容量的鋰電池和發電效率高達28%的三結砷化镓太陽能電池,在增加電池容量和供電能力的同時,降低了平台質量,並降低了蓄電池和太陽能帆板性能下降對衛星壽命的影響。高分一號衛星還使用了設計壽命更長的星載陀螺、飛輪和星敏感器,滿足長時間飛行需要的太陽能帆板驅動裝置,性能更好的常溫推進劑,此外還在星載事務管理進行了進一步的優化,提高了自我檢測和治療的能力,以實現設計壽命的進一步提升。通過多方麵的改進,高分一號衛星的設計壽命達到了5-8年,接近了國際先進水平。除此之外,為了滿足高分一號圖像質量和定位精度的苛刻要求,衛星平台的三軸定位精度從CAST2000衛星平台最早的每秒千分之一度提高到每秒萬分之五度以下,同時在姿態穩定度和攝像的同步性上也有了進一步的提高。

高分一號在分辨率這個主要指標上落後,估計與國內高端光學成像行業落後有關,這需要時間和資金去解決。我們可以看到,正在研製中的高分二號,分辨率就已提升至1米。而我國還有獨立的軍用偵察衛星項目,外界估計我國軍用星分辨率已達到1米水平。《我國測繪衛星的未來發展》等資料還曾到過要發展亞米級立體測繪衛星、以及分辨率0.15米的高分辨率衛星,這應該是我國未來軍用偵察衛星的目標。


 

高分專項的天基係統裏還有采用合成孔徑雷達成像的高分三號,雷達成像包括軍用星在內,能做到1米分辨率已是當今最高的水平。雷達成像衛星還具有受雲層影響小的特點。另外,高分四號是靜止軌道光學成像衛星,分辨率50米隻能用於大氣觀測等,但靜止軌道光學成像衛星的軍用前景非常誘人,相比低軌衛星,它"懸停"於太空中,沒有重訪周期限製,可以24小時監控敵國的一舉一動。國外現在已提出將分辨率提高到5米的理論,采用1.5米口徑光學鏡頭、分辨率為20米的方案已具可行性,飽受朝鮮導彈威脅的韓國就已啟動本國的靜止軌道偵察衛星項目。如果靜止軌道光學成像衛星的分辨率能提高到5米,就足夠識別海上航行的大型航母,這將會令反艦彈道導彈(ASBM)真正具備3000公裏外、甚至更遠的超視距打擊能力。

圖為遼寧號航母的衛星照片。這需要遼寧艦要正好處於拍攝衛星的視場內。靜止軌道光學成像衛星具有24小時監控海上航母的技術潛力。

總的來說,高分一號分辨率雖然沒有突破,但它更注重於民用方麵的實用性。而整個高分專項天基係統的實施,除了可以提高我國民用衛星遙感應用水平外,還可促進多種類型軍用偵察衛星的發展。


--------結語:高分一號分辨率雖然沒有突破,但它更注重於民用方麵的實用性。而整個高分專項天基係統的實施,除了可以提高我國民用衛星遙感應用水平外,還可促進多種類型軍用偵察衛星的發展。未來更可能演變成為反艦彈道導彈的“眼睛”。

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