高分四號：站得更高，看得更廣

劉淮宇

一部精彩的電影，需要多部攝影機在多個機位協同拍攝，大畫幅、中景、近景各種景別共同呈現，才能為觀眾營造出身臨其境的觀影效果。而分布在地球周圍不同軌道上的遙感衛星，就如同一部部巨大的攝影機，時刻記錄著地球上的“風云變幻”。

當然，遙感衛星上搭載的肯定不是普通的攝影機，而是分辨率極高的遙感相機。高分四號衛星相機就是我國光學遙感相機系列中的最新產品，它是由中國航天科技集團公司第五研究院508所研制的，是我國第一臺高軌高分辨率對地觀測光學遙感相機。

它作為我國第一顆高分辨率對地觀測衛星，高分四號衛星運行在距地36 000千米的地球靜止軌道，具有高時間分辨率和較高空間分辨率的優勢。特別值得一提的是，高分四號衛星的空間分辨率是目前地球靜止軌道遙感衛星的最高水平，國際上尚無此類衛星。

獨具優勢，應運而生

2013年和2014年，高分一號、高分二號衛星相繼發射并投入使用，標志著我國光學遙感衛星應用進入了一個新階段，高分二號衛星的空間分辨率首次精確到1米以內，更是引領中國衛星遙感進入了亞米級（1米以內分辨率）時代。

低軌光學遙感衛星空間分辨率高，成像清晰，但它的成像觀測視野較小，對固定區域重訪所需周期較長，時間分辨率相對較低。高軌光學遙感衛星剛好可以彌補低軌遙感衛星的不足，兩者結合使用才能達到最佳效果。

正是由于這種需要，高分四號衛星被納入我國高分專項工程計劃，于2012年正式立項，開始工程研制。與高分一號、高分二號衛星相比，高分四號衛星運行軌道距離地面約36 000千米，是高分一號、高分二號衛星軌道的50倍，站得更高，自然可以看得更廣。更為重要的是，它可以長期駐留在固定區域上空，對中國及周邊地區進行接近實時的高頻次重復觀測和多熱點地區快速巡查，幾乎每時每刻都在“直播”地面上的情況變化。

高分四號衛星作為中國第一顆地球同步軌道光學遙感衛星，采用面陣凝視方式成像，具備可見光、多光譜和紅外成像能力，可見光和多光譜分辨率優于50米，紅外譜段分辨率優于400米，設計壽命8年，通過指向控制，能夠實現對中國及周邊地區的有效觀測。

重重難關，逐一攻破

早在2006年左右，國際衛星遙感領域就提出了研制“站得高、看得廣”的高軌光學遙感衛星的思路，歐洲一家宇航公司更是率先制訂出衛星研制計劃，但受制于應用需求不足等原因至今都沒有完成研制，更別提發射了。

也就是同時期，由于我國高分專項工程高分辨率對地觀測系統實際需要，第五研究院開始了高軌光學遙感衛星的工程研究工作。研制團隊確定了高軌光學遙感衛星總體設計、衛星姿態快速機動與高穩定控制、高軌遙感衛星長壽命、高穩定的一體化結構設計等6項關鍵技術，組織力量進行逐一攻關。

這些關鍵技術都是根據高分四號衛星運行在高軌的特殊工作環境，還要實現相機對地高精度觀測成像的要求梳理出來的，無論在國內還是在國際上都算是攻關難度極大的技術領域。

以高軌光學遙感衛星總體設計技術攻關為例，高分四號衛星研制團隊無法照搬原有的低軌光學遙感衛星平臺進行設計，最終在通信衛星平臺基礎上集通信、遙感、導航衛星技術之大成，突破了總體設計關鍵技術，設計出了我國首個高軌光學遙感衛星平臺。該平臺可成功應對衛星工作環境惡劣復雜、相機成像質量要求高、工作模式穩定度難以保證等各方面的挑戰，使得高分四號相機“骨骼硬、端得穩、拍得清”。

整個衛星約200套產品中，像高軌高分辨率對地觀測光學遙感相機這樣的新產品占到了33套，約占產品總數的1/6，這些數據從一定程度上反映了這顆衛星的研制難度和創新性。

多方協同，共商應用

2015年11月，高分四號衛星通過空運抵達西昌衛星發射中心。在此之前，衛星在北京進行了為期8個月電性能測試、大型力學試驗和熱試驗，對近30種衛星工作模式、上百種故障模式進行了細致測試。

由于前期準備工作扎實，衛星在發射場測試期間沒有發現任何質量問題，與成熟火箭“長三乙”的星箭接口對接工作也十分順利。在衛星測試廠房的一張工作流程圖上，每完成一項工作就會在上面蓋上一個紅旗戳，最后一個環節就是“衛星發射”。2015年12月29日，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射高分四號衛星。

“衛星設計得再好，最終還是為了應用?！痹诟叻炙奶栃l星的總工程師看來，衛星研制出來并實施發射只是衛星發揮其效用的第一步，必須高度重視地面系統和應用系統工作，梳理清楚數據應用流程，最大限度地方便用戶使用，滿足用戶的實際需求。

高分四號衛星的用戶包括減災、林業、地震、氣象等方面。利用定點于赤道上空對中國及周邊區域持續觀測和快速指向調整的優勢，這顆衛星既可以對國土植被覆蓋、地震預警進行常規普查，還能在災害、特殊天氣變化發生的第一時間內對相關區域進行接近實時的跟蹤觀測。有氣象專家推測，利用高分四號衛星50米分辨率遙感相機，可對云層的微物理變化過程進行實時觀測，這有利于我們加深對天氣變化的研究、提高天氣預報精準度。

2016年1月5日，高分四號衛星發回首幅圖像，圖像質量優越，達到預期目標。2016年2月3日，國防科技工業局對外公布了高分四號衛星獲取的首批影像圖。隨著圖像的不斷傳回，高分四號衛星的價值已經不言而喻，真正實現了“站得更高，看得更廣”的目標。