品種齊全性能先進(jìn)的韓國衛(wèi)星

文/ 王佳

KARI雖然是個小機構(gòu)，但是涉獵的衛(wèi)星類型比較多，已經(jīng)研制并且發(fā)射了對地觀測衛(wèi)星、靜止軌道通信衛(wèi)星，正在研制導(dǎo)航增強衛(wèi)星甚至月球探測器。這些衛(wèi)星中的大多數(shù)都是用外國火箭發(fā)射升空的。韓國的第一顆衛(wèi)星是由韓國先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所（KAIST）研制的一顆微型衛(wèi)星Uribyol-1（KITSAT-1），于1992年從歐空局的圭亞那航天中心發(fā)射升空。發(fā)射能力不足并不能否定韓國科研人員在衛(wèi)星研制方面的成就。

▲ 韓國月球軌道器打算用獵鷹9號火箭發(fā)射

對地觀測衛(wèi)星

韓國多用途衛(wèi)星（KOMPSAT）就是著名的“阿里郎”系列，迄今為止已經(jīng)發(fā)射了5顆，還有兩顆在研。

最早的KOMPSAT-1是與一家美國企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的，因為當(dāng)時韓國沒有開發(fā)多用途衛(wèi)星的經(jīng)驗。KOMPSAT-2的開發(fā)則是由韓國科學(xué)家和工程師根據(jù)開發(fā)KOMPSAT-1的經(jīng)驗自行實施的，使韓國在衛(wèi)星設(shè)計和衛(wèi)星部件制造方面實現(xiàn)了91.5%和65.2%的自給率。韓國也因此成為世界上第七個擁有1米級高分辨率衛(wèi)星的國家。KOMPSAT-2從研制到發(fā)射用了大約10年時間，也算是一個比較快的技術(shù)突破速度。

通過前兩顆衛(wèi)星的研制，韓國啟動了70厘米分辨率的KOMPSAT-3、雷達(dá)型KOMPSAT-5和55厘米分辨率光學(xué)加紅外的KOMPSAT-3A研制。據(jù)說KOMPSAT-3、KOMPSAT-5和KOMPSAT-3A的設(shè)計、組裝和測試活動均由KARI實施，部分元器件需要進(jìn)口。另外，KOMPSAT-3A是交給韓國企業(yè)界負(fù)責(zé)的，被稱為韓國擴(kuò)大航天工業(yè)基礎(chǔ)努力的一部分。

KARI后續(xù)還規(guī)劃了KOMPSAT-6雷達(dá)成像衛(wèi)星、KOMPSAT-7高分辨率對地觀測衛(wèi)星。

衛(wèi)星圖像的國產(chǎn)化，提高了韓國在國際社會中的地位。KARI于2011年加入《空間和重大災(zāi)害國際憲章》，作為向全世界應(yīng)用人道主義方案提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)的一部分。

據(jù)說上述在軌衛(wèi)星每年可以產(chǎn)生超過10萬幅圖像，但是圖像應(yīng)用情況一般。例如在2016年，KRAI僅向私營部門以及政府機構(gòu)和組織分發(fā)了5900多幅圖像。為了促進(jìn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用，韓國已經(jīng)成立了國家衛(wèi)星運行應(yīng)用中心，致力于政府衛(wèi)星的運作和衛(wèi)星數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和高效利用，管理政府衛(wèi)星產(chǎn)生的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展衛(wèi)星運行技術(shù)和研發(fā)。韓國國家衛(wèi)星運營應(yīng)用中心計劃升級衛(wèi)星數(shù)據(jù)分配和利用系統(tǒng)，并促進(jìn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)利用服務(wù)，以便公共和私營部門使用政府衛(wèi)星數(shù)據(jù)。為此，將開發(fā)一個綜合數(shù)據(jù)庫和平臺，通過建立用戶友好的界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)功能。

韓國地球同步多用途衛(wèi)星

韓國地球同步多用途衛(wèi)星一號（GEO-KOMPSAT-1）是韓國第一顆地球靜止衛(wèi)星，同時具備通信、海洋和氣象功能。KARI還在開發(fā)后續(xù)的GEOKOMPSAT-2A和GEO-KOMPSAT-2B，這類衛(wèi)星有個很好聽的名字——“雪蓮”。

“雪蓮-1”發(fā)射于2010年6月，主要功能是24小時觀測朝鮮半島周圍的天氣和海洋狀況，具有通信、海洋和氣象功能的有效載荷，并提供衛(wèi)星通信測試服務(wù)，同時監(jiān)視朝鮮半島周邊2500千米范圍的海域。按照韓國的說法，“雪蓮-1”的通信部分屬于世界第十代通信衛(wèi)星技術(shù)。

“雪蓮-2A”發(fā)射于2018年12月5日，空間分辨率是“雪蓮-1”的4倍。此外，“雪蓮-2A”觀測全球只需10分鐘，觀測朝鮮半島只需2分鐘，而“雪蓮-1”觀測全球和朝鮮半島分別需要3小時和15分鐘，這意味著觀測速度快了18倍。因此，它能比前一顆衛(wèi)星至少提前兩小時探測到局部洪水。“雪蓮-2A”有16個通道（4個可見光通道、2個近紅外通道和10個紅外通道），而“雪蓮-1”僅有5個通道（1個可見光通道和4個紅外通道）；此外，內(nèi)置的空間氣象有效載荷使研究空間物理變化對地球靜止衛(wèi)星、氣象條件和地球?qū)嶋H生活的影響成為可能。

“雪蓮-2B”發(fā)射于2020年2月19日，據(jù)說是世界上第一顆裝有環(huán)境有效載荷的靜止衛(wèi)星，用于觀測空氣污染物。“雪蓮-2B”內(nèi)置海洋有效載荷，分辨率比“雪蓮-1”高4倍，通過精確監(jiān)測海洋傾倒區(qū)和海嘯區(qū)等海洋環(huán)境，實現(xiàn)對海洋領(lǐng)土的系統(tǒng)化管理和利用。

KASS：韓國的天基導(dǎo)航增強系統(tǒng)

KARI的衛(wèi)星增強系統(tǒng)名為韓國增強衛(wèi)星系統(tǒng)（KASS），可以把GPS的定位誤差縮小到3米以內(nèi)。該系統(tǒng)預(yù)計在2022年10月投入使用，部署完成后，韓國有望成為第七個將SBAS作為民航安全關(guān)鍵系統(tǒng)運營的國家。

▲ GEO-KOMPSAT-2B衛(wèi)星

與此同時，韓國還在研制自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，稱為韓國定位系統(tǒng)（KPS）。它計劃以朝鮮半島為中心，用3顆地球靜止導(dǎo)航衛(wèi)星、4顆傾斜導(dǎo)航衛(wèi)星和地面系統(tǒng)構(gòu)成，實現(xiàn)米級、亞米級、厘米級定位精度，可以在不依賴國外系統(tǒng)的情況下穩(wěn)定地運行。韓國方面認(rèn)為，KPS投入使用后將加速第四次工業(yè)革命，有利于自動駕駛汽車以及無人機行業(yè)。

產(chǎn)業(yè)化小衛(wèi)星CAS500

CAS500是KARI自行開發(fā)的小衛(wèi)星平臺，正式名稱是“緊湊型先進(jìn)衛(wèi)星500”。500指的是衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量在500千克級。這個型號的研發(fā)目的，是滿足公共部門對衛(wèi)星的需求，擴(kuò)大韓國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，培育產(chǎn)業(yè)。CAS500計劃分為兩個階段。

第一階段計劃包括研制500千克級標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星平臺，并用該平臺研制兩顆50厘米級高分辨率緊湊型對地觀測衛(wèi)星。KARI將把核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給商業(yè)企業(yè)，然后由企業(yè)開發(fā)一顆衛(wèi)星，KARI負(fù)責(zé)技術(shù)審核和技術(shù)支持。

在第二階段計劃中，將由企業(yè)自主開發(fā)3顆衛(wèi)星，用于空間科技驗證、農(nóng)林條件觀測、水資源和災(zāi)害控制。KARI將負(fù)責(zé)技術(shù)管理和監(jiān)督。

▲ 微波暗室中的CAS500

▲ CAS500小衛(wèi)星平臺

多用途衛(wèi)星電子光學(xué)有效載荷AEISS-A

在阿里郎1號和2號多用途衛(wèi)星的技術(shù)基礎(chǔ)上，KARI自主研制出先進(jìn)地球成像傳感器系統(tǒng)（AEISS）和先進(jìn)地球成像傳感器系統(tǒng)-A（AEISS-A），分別用于阿里郎-3和3A衛(wèi)星。KARI認(rèn)為AEISS當(dāng)時可以排名世界前5。

按照韓國方面的說法，AEISS這樣的高性能相機很難通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓或聯(lián)合開發(fā)來研制，因此，必須徹底掌握這一技術(shù)。KARI實現(xiàn)了從設(shè)計到裝配、校準(zhǔn)和測試，以及空間飛行的環(huán)境中的最終驗證測試。

KARI在研制AEISS開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，其中的技術(shù)非常復(fù)雜。光學(xué)系統(tǒng)的裝配精度需要達(dá)到1/5000人頭發(fā)直徑的精密技術(shù)，還要控制裝配場所附近人或車輛運動產(chǎn)生的微小振動。AEISS設(shè)計工作壽命3~7年。通過這臺相機的研制，韓國自稱進(jìn)入了美國、法國等少數(shù)先進(jìn)國家的行列。

AEISS-A是AEISS的改進(jìn)型，光學(xué)分辨率為55厘米，這種相機的特點是引入了紅外通道，可以在夜間使用。

空間測試中心

為了研制上述衛(wèi)星，韓國在1996年建造了空間測試中心，用于分析和測試衛(wèi)星和運載火箭等高可靠性系統(tǒng)的最終裝配、校準(zhǔn)、熱/真空特性和電磁波特性。自2004年起，韓國空間測試中心成為國際認(rèn)證測試機構(gòu)（KT-236）。這個實驗室面積達(dá)到25970平方米，由軌道環(huán)境試驗室、發(fā)射環(huán)境試驗室、電磁波環(huán)境試驗室、精密校準(zhǔn)裝配實驗室等組成。

精密校準(zhǔn)裝配實驗室組成用于衛(wèi)星裝配和衛(wèi)星傳感器的精確對準(zhǔn)測量，配備超精密零件裝配的校準(zhǔn)系統(tǒng)、三維位置測量系統(tǒng)、清潔度測量設(shè)備、表面顆粒污染測量光度計、可見光紫外分光光度計，以及用紫外燈測量光學(xué)元件的波長的透射率。

▲ 韓國向歐洲空客公司訂購了ANASIS-II 軍用通信衛(wèi)星

發(fā)射環(huán)境測試實驗室用于衛(wèi)星發(fā)射過程中的振動、沖擊和聲載荷環(huán)境試驗。它配備衛(wèi)星質(zhì)量測量系統(tǒng)、自由落體和熱沖擊試驗系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)模式測試儀器/分析系統(tǒng)。

軌道環(huán)境試驗室模擬了不到十億分之一大氣層密度的高真空度和衛(wèi)星運行的極高/低溫環(huán)境。通過試驗，驗證了衛(wèi)星系統(tǒng)和部件在空間環(huán)境中的正確功能。它配備韓國研制的直徑8米、長10米的大型熱真空室、中小型熱真空室、熱循環(huán)室、熱沖擊室、反排地面污染物室。

電磁波環(huán)境試驗室用于輻射和傳導(dǎo)電磁波噪聲環(huán)境的適宜性試驗，配有直流到40GHz頻段測量系統(tǒng)和200V/m電場發(fā)生系統(tǒng)。

電器檢定室用于對電氣和軟件設(shè)計進(jìn)行驗證。電測系統(tǒng)是由與衛(wèi)星具有相同功能的電子設(shè)備或模擬器組成，其機械外形與飛行模型不同。電氣測試設(shè)備用于實際衛(wèi)星操作的命令驗證及其性能驗證。該設(shè)施配備有能夠測量信號的電氣地面支持設(shè)備和儀器。

衛(wèi)星運行中心

因為在軌衛(wèi)星越來越多，而且還有大量后續(xù)衛(wèi)星在規(guī)劃當(dāng)中，KARI特意建設(shè)了一座衛(wèi)星運行樓，把衛(wèi)星監(jiān)測和控制功能植入其中，包括韓國多用途衛(wèi)星和雪蓮衛(wèi)星。

衛(wèi)星運行樓的具體功能包括：監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)的功能和性能；規(guī)劃衛(wèi)星系統(tǒng)的運行；衛(wèi)星系統(tǒng)軌道和位置控制決策及軌道預(yù)測、調(diào)整和管理決策；監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)之間的通信；接收地球觀測圖像和天氣圖像。

為了實現(xiàn)天地通信，KARI在大田安裝了13米S波段天線和7.3米X波段天線，在濟(jì)州島、南極世宗基地和密克羅尼西亞的韋諾島設(shè)置了跟蹤中心。

躍躍欲試的探月

韓國政府認(rèn)為，月球探測是促進(jìn)空間技術(shù)迅速發(fā)展的一個機會，也是探索更深空間的一塊墊腳石。探月能力也被認(rèn)為是一個國家在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域成就的標(biāo)志。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，亞洲各國在探索太空和月球方面展開了激烈的競爭。中國和日本在2007年發(fā)射了月球軌道器，印度在2008年發(fā)射了月球軌道器，中國成為繼美國和蘇聯(lián)之后世界上第三個讓月球探測器登陸月球的國家。

看到上述事實，韓國同樣躍躍欲試。韓國認(rèn)為，如果能夠成功實施國家月球探測計劃，將把韓國航天技術(shù)提高到新的水平，提升國家品牌價值和民族自豪感。根據(jù)民調(diào)，72%的韓國人支持探月計劃，支持開列預(yù)算。KARI通過計算認(rèn)為，探月活動的有形和無形經(jīng)濟(jì)價值預(yù)計在3.8萬億韓元左右，是計劃投資的5倍多。