空間技術新跨越 “遙感”地球添“神探”—訪高分-3衛星總指揮兼總設計師張慶君

本刊記者　宗體 齊真

空間技術新跨越 “遙感”地球添“神探”—訪高分-3衛星總指揮兼總設計師張慶君

本刊記者宗體 齊真

甄小云/ 攝

2016年8月10日，對于中國航天來說，又是一個喜慶的日子。在太原衛星發射中心，長征-4C運載火箭托舉起高分-3衛星劃破蒼穹，順利升空。至此，我國自主研制的首顆C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）衛星，同時也是世界上性能最先進的C頻段多極化合成孔徑雷達衛星發射成功，中國空間技術發展又躍上了一個新的高度。在衛星發射成功后，高分-3衛星總指揮兼總設計師張慶君接受了記者的專訪。

記者：張總，熱烈祝賀高分-3衛星發射成功，業內和用戶非常關注高分-3衛星的發射，期待著這顆衛星早日上天，造福社會，高分-3衛星工程的任務和意義是什么？

張慶君：高分-3衛星是我國“高分辨率對地觀測系統”國家科技重大專項的研制工程項目之一，是“高分”專項民用領域中唯一的相控陣雷達成像衛星，這顆衛星的發射和應用，在我國高分辨率對地觀測系統建設中的地位舉足輕重，對于“數字中國”的建設非常重要。

高分-3是我國“高分”專項民用領域中唯一的合成孔徑雷達成像衛星。與光學遙感衛星利用可見光探測成像不同，合成孔徑雷達衛星避免了光學成像受光線和天氣的約束與影響，把人的視野由可見光、熱紅外、遠紅外帶入到微波輻射區，從而解決了光學遙感觀測不到或觀測不足的問題。

高分-3作為一顆具有1m分辨率的C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛星，它能夠全天候和全天時實現對全球海洋和陸地信息的監視、監測，并通過左右姿態機動擴大對地觀測的范圍和提升快速響應的能力，其獲取的C頻段多極化微波遙感信息，可以服務于我國海洋、減災、水利及氣象等多個行業及業務部門，是我國實施海洋開發、陸地環境資源監測和防災減災的重要技術支撐，衛星所提供的可靠、穩定的高分辨率微波圖像數據，將徹底改變我國民用天基高分辨率合成孔徑雷達圖像全部依賴進口的狀況，為國內各行業用戶提供連續、高質量、高精度對地觀測數據。此外，高分-3衛星工程的研制實現了我國低地球軌道長壽命、高分辨率衛星研制技術的重大跨越，不僅將推動我國空間技術的發展，還將在引領我國民用長壽命高分辨率微波遙感衛星應用方面起到重要的示范作用。

記者：都說高分-3是一顆非?！吧駳狻钡男l星，對于我國構建高分辨率對地觀測系統正當其時，請您介紹一下它到底有多神氣？

張慶君：對地觀測衛星的重要使命是防災、減災，這就要求越是在災害性天氣下，越是需要衛星提供實時的、連續的數據，可見光學遙感有可能在最需要它的時候卻難以獲取有效數據。據統計，由于受到光線和天氣的影響，衛星光學探測所獲得的數據中，有50%～60%都是無效數據。而高分-3利用微波進行探測，屬于主動探測載荷，自己發射信號并接收地面反射的回波信號成像，它不需要借助光線，不管刮風下雨，不管白天黑夜，它照樣工作。特別是對云層、地表植被、松散沙層和冰雪具有一定的穿透能力。因此，它可以彌補衛星光學探測的不足，給人們提供更多、更為全面詳盡的信息；高分-3是一顆不論在陸地和海上都可以應用的衛星，做到了“海陸全能”，特別是對于海洋維權、海洋開發和海洋資源保護具有重要意義；根據功能和使命的不同，地球遙感探測衛星可以劃分為L、S、C、X等多種頻段，L、S、C、X頻率逐漸升高，頻率越高穿透力越差，頻率越低穿透力越強。假如我們用這四種頻段來看一顆樹，X頻段只能用它來看樹梢；L、S頻段只能用它來看樹根；而C頻段介于兩者之間，能看到地表到樹干，尤其利用這個頻段對海洋環境和目標進行探測的優勢就更加突出。打個比方，醫生分為中醫和西醫，在醫學診斷中，中醫通過“望”看外在表象診斷病情，如果我們把可見光遙感比喻為中醫看病的話，那么，高分-3就是西醫中的B超，可以一下子洞察到人體內部的各種變化和信息。

記者：高分-3創造了我國乃至世界微波遙感衛星發展史上的多個第一，填補了多項國內外空間技術發展的空白，衛星的發射成功和應用，充分彰顯了中國航天的科研實力和研制能力。

張慶君：是的。高分-3衛星2011年完成關鍵技術攻關和方案階段的設計工作，2012年工程立項，歸納起來，衛星研制工程有五大特點。

一是新體制、定量化。與以往研制的衛星相比，由于該衛星所承擔的任務和用途不同，為使其獲取更多的信息，采用了全新的體制和多極化的設計，使得衛星可以盡可能把來自于各方面的信息都收集起來，傳遞給地面，從而為全方位獲取地表的4種極化信息提供依據。高分-3的分辨率可以達到1m，是世界上分辨率最高的C頻段多極化衛星。同時，高分-3獲取的微波圖像性能高，不僅可以得到目標的幾何信息，還能支持用戶的高定量化反演應用。

二是多模式、多功能。高分-3有12種工作模式，是世界上工作模式最多的合成孔徑雷達遙感衛星。它不但可以對陸地觀測、也能對海洋觀測；不但能夠大范圍的普查，也能夠對特定的目標進行詳查；不但能夠看到目標，還能夠對目標精確測量；具有全天候、全天時、全方位的特點。因此，說它是“太空多面手”恰如其分。值得一提的是，我國是一個自然災害頻發的國家，天基信息系統建設的任務繁重，這種“一星多用”，一次發射，多方受益的設計思路，也充分彰顯了中國航天一直堅持和實踐的少花錢、多辦事的“中國特色”。

三是長時間、大功率。我們知道，衛星的載荷能力是由功率決定的。高分-3的功率達萬瓦級，可以獲取高性能的微波圖像。同時高分-3是我國首顆連續成像時間達到近小時量級的合成孔徑雷達衛星，極大地提高了衛星獲取數據的能力。

四是大尺度、高精度。高分-3是我國低地球軌道上第一顆超尺度、大翼展衛星，衛星的天線有15m長，2個太陽電池翼展開后，衛星的翼展達18m。超尺寸、大翼展給衛星的設計、研制、試驗驗證、定姿定軌和在軌運行穩定性等等都帶來了巨大的挑戰，研制如此超尺度、大翼展的衛星，在中國空間技術發展史上從未有過。在大尺度的基礎上，衛星需要實現高姿態穩定度、高天線型面精度和溫控精度，這在以往衛星研制中也是少有的。

五是長壽命。高分-3是我國低地球軌道上第一顆設計壽命達8年的衛星。此前，我國低地球軌道上的衛星設計壽命最長為5年，而高分-3則增加了近一倍。長壽命使得衛星可以獲取更多的觀測數據，極大地提升衛星效益。

記者：研制這樣一顆高難度、上臺階的衛星，對于中國航天來說是一次巨大的挑戰，研制隊伍是怎樣戰勝困難，實現技術跨越，滿足用戶要求，出色完成任務的？

張慶君：正如你所說的，高分-3的研制工程對于研制隊伍來說，是從未面對的領域，從未經歷的挑戰，從未遇到的考驗。5年來，研制隊伍堅決貫徹落實國防科技工業局，工程總體，中國航天科技集團公司及其所屬中國空間技術研究院的各項要求，在嚴格落實相關規定，充分繼承借鑒以往衛星工程研制經驗的基礎上，帶領參研隊伍創新開拓，狠抓落實，為型號的成功奠定了堅實基礎。

1）技術創新破難關。高分-3的使命是為用戶提供一顆服務領域廣，服務質量好的應用衛星，如果滿足不了用戶的要求，研制出來的衛星不好用，一切都是零。5年來，我們按照國防科技工業局“‘高分’系統凱歌要奏在應用上”的要求，矢志攻關，潛心落實，研制高水平、高性能衛星，履行為用戶提供高品質服務的使命，一刻也不敢懈怠。實現這個目標的首要關鍵在于掃清技術障礙?？梢哉f，高分-3研制過程是一個不斷探索突破，不斷創新實踐的過程。在工作中，參研團隊面對全新的領域和用戶嚴苛的要求，瞄準國際一流集智創新，通過破解關鍵技術，實現衛星的功能性能，通過技術創新來更好地體現為用戶做好服務上。我們先后攻克了低軌道衛星長壽命高可靠設計、分析及驗證技術，大撓性高精度高穩定衛星控制技術，高品質萬瓦級脈沖大功率電源及多母線供電技術，衛星機電熱一體化、數字化三維協同設計及制造技術，輕量化、雙極化共壁波導縫隙天線技術，大功率、C頻段四通道T/R組件技術，大型相控陣天線高功率合成及高精度指向技術，陸海兼容多模式、多極化成像技術，大型面陣及機構高精度裝配、展開及面型控制技術，合成孔徑雷達成像性能地面仿真及驗證技術等為代表的50多項關鍵技術，多項技術添補了國內和國際空白，這些關鍵技術的突破，不僅使我國低軌道高分辨率多極化雷達成像衛星研制技術達到世界先進水平，還為衛星更好地滿足用戶需求，提供了可靠的保證，開辟了一個全新的衛星應用領域。

2）科學管理無縫隙。在衛星研制中，我們嚴格按照項目管理程序科學組織實施，通過優化管理流程，加強過程控制，保證了研制的進度和質量。舉個優化研制流程的例子：衛星的方向圖有近百萬個波位，在進行衛星常規測試中，要求全部都要測到，而測一個波位需要5～6h，近百萬個波位加起來所需要的時間是個天文數字。為在規定的有限時間里完成衛星研制任務，又滿足測試要求，我們大膽轉變工作思路，進行項目流程優化，提升測試手段，采用“金字塔”、“積木式”的測試方式，變集中測試為分段逐級測試，從而實現了對需測波位的全面覆蓋，僅用兩個月就完成了以往需要一年才能完成的測試任務，最大限度地節省了測試時間，保證了測試質量。再舉一個加強過程控制的例子：衛星上攜帶的國內首個星載4通道C頻段大面陣天線載荷收發組件，集成度高、全自主研制，該產品對確保衛星應用非常關鍵，其中任何一個點出問題，都將給型號進度和衛星的質量帶來嚴重的影響。為確保萬無一失，我們在進行方案優化和系統仿真的基礎上，從元器件設計源頭開始，就嚴格按照宇航標準進行質量控制和組織生產，連一個元器件、一個焊點、一顆螺絲釘、一個環節都不放過。為嚴格管理關鍵環節，在生產過程中，我多次前往廠家實地檢查執行過程及質量控制情況，特別是仔細檢查工作細節和工藝，真正做到眼見為實，從而避免造成反復和無用功，實現了一次成功。

3）密切協同全方位。為打造高水平的衛星，我們中國空間技術研究院抓總，聯合中國科學院電子學研究所、南京電子技術研究所等國內優勢單位共同參與衛星相關分系統的研制；同時衛星的主用戶包括國家海洋局、民政部、水利部、中國氣象局以及十幾個行業，各個用戶的要求都各不相同。面對這種特點，我們始終堅持中國航天“有問題共同商量，有困難共同克服，有余量共同掌握，有風險共同承擔”的“四個共同”的工作理念，以寬廣的胸懷與協作單位一起，為著共同的目標奮斗。承擔高分-3微波遙感器載荷研制的單位在國內也可謂行業的“武林高手”，但研制這樣一顆高水平的微波遙感衛星，對他們來說也是第一次，同樣面臨著巨大的困難和考驗。當他們在研制中遇到技術難點和困惑的時候，我們就多次主動靠上去，一起幫助他們分析技術細節，優化技術和管理，協助他們解決困難，為他們完成任務提供了有力的支撐。

4）風險管控全過程。研制隊伍始終堅持階段性風險預判分析制度，對于衛星研制過程中可能遇到的風險，做到精準預判，精確對策，精心化解。階段性風險預判分析制度的建立，有效規避了研制風險，保證了進度和質量。比如，由于該衛星是我國第一顆低地球軌道長壽命衛星，圍繞著確保衛星壽命，我們在提高衛星總體設計水平，不斷優化設計的同時，抽調技術骨干，關起門來進行了多輪風險分析工作，梳理出了數十項影響和制約衛星長壽命的關鍵風險，在通過充分試驗驗證摸清機理的基礎上，逐條完善了應對措施。根據過往衛星工程的經驗，星用元器件、原材料是影響衛星長壽命的重要因素。為降低由于元器件、原材料給衛星壽命帶來的風險，我們組織力量通過調研其他型號、深入生產廠家調研工藝過程、查對各種資料等形式，下功夫進行數百種元器件、原材料的摸底工作。在摸清元器件、原材料的空間性能、在軌應用狀況等各種數據的同時，借助各種平臺，多角度地進行單機、組件和材料的壽命、性能試驗，盡可能掌握第一手基線數據，制訂科學選用措施，以最大限度地規避使用的風險。同時，我們還加強和改進了多項工藝和處理方法，以確保衛星長時間在軌運行，在太空環境下元器件、原材料老化、退化的情況下，也能最大限度地發揮性能。風險預判和有針對性的有效質量控制，為確保衛星研制任務的按期完成和長壽命奠定了基礎。

5）試驗驗證全覆蓋。為達到設計性能，實現研制長壽命衛星的要求，我們的理念是試驗驗證沒有選項，按要求、按規范、按程序、按標準，該做的試驗一項不減，該完成的步驟一個也不省，該達到的指標一點也不能差。在衛星研制過程中，我們按要求完成了單機軟硬件產品研制、試驗和測試驗證，分系統試驗和分系統間聯試，衛星的結構部裝、總裝、電性能綜合測試、大型試驗等總裝、集成和測試（AIT）工作。與此同時，重點圍繞8年壽命進行了大量的專項試驗和可靠性專項試驗，不少單機和部件的試驗在衛星工程立項之前就開始了。作為目前國內翼展最大的衛星，高分-3的太陽電池翼及雷達天線展開機構的驗證是確保能否成功展開、能否可靠應用的關鍵。為做到驗證充分，我們創新研制了地面設備，探索了一系列試驗方法，保證了在多種情況下試驗的成功。通過利用科學手段進行仿真和試驗驗證，為型號的成功加上了“保險鎖”。

6）“工匠精神”礪“新軍”。人力資源管理是項目管理的重要內容之一。任務、計劃、進度、質量、風險等管理中很重要的一點是讓合適的人干合適的事。研制低軌道長壽命、高分辨率微波遙感衛星，對于高分-3研制隊伍來講，無論是老同志還是新同志，都是“新人”，面對的都是新領域、新課題、新挑戰。為了磨礪一支能打硬仗的隊伍，5年多來，我們始終堅持用航天傳統精神激勵隊伍，用探索未知領域，不怕艱難困苦，追求完美極致工作狀態要求隊伍，努力培育精細、精心、精湛的“工匠精神”，在隊伍中形成了求深求實、盡善盡美的良好文化。同時，實行技術問題集體把關，工作難點集體研究，重要工作提前預案，關鍵環節明確對策等做法，這些做法對于發揮集體的智慧，避免一人水平代表整個衛星的水平，對于啟發群體的思維，提升隊伍整體水平，牽引隊伍盡快成長起到了至關重要的作用，使我們的團隊在重大航天工程任務中得到快速成長。

在采訪結束的時候，張慶君總師說，高分-3的研制成功是國防科技工業局、中國航天科技集團公司科學決策、正確領導的結果，是中國空間技術研究院有力科學組織以及各參研單位共同努力的結果，在此表示衷心的感謝。同時他說，高分-3發射成功只是“萬里長征”的新起點，確保衛星成功應用和8年壽命，研制隊伍和應用單位都懷著同樣的使命，面臨著共同的考驗。我們將與有關單位，特別是地面應用單位一起，再接再厲，并肩戰斗，讓衛星更好地為服務用戶、造福社會做出應有的貢獻，書寫我國微波遙感衛星應用新領域的新篇章。

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