品種齊全性能先進的韓國衛星

文/ 王佳

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

▲ 韓國月球軌道器打算用獵鷹9號火箭發射

對地觀測衛星

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

最早的KOMPSAT-1是與一家美國企業聯合開發的，因為當時韓國沒有開發多用途衛星的經驗。KOMPSAT-2的開發則是由韓國科學家和工程師根據開發KOMPSAT-1的經驗自行實施的，使韓國在衛星設計和衛星部件制造方面實現了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米級高分辨率衛星的國家。KOMPSAT-2從研制到發射用了大約10年時間，也算是一個比較快的技術突破速度。

通過前兩顆衛星的研制，韓國啟動了70厘米分辨率的KOMPSAT-3、雷達型KOMPSAT-5和55厘米分辨率光學加紅外的KOMPSAT-3A研制。據說KOMPSAT-3、KOMPSAT-5和KOMPSAT-3A的設計、組裝和測試活動均由KARI實施，部分元器件需要進口。另外，KOMPSAT-3A是交給韓國企業界負責的，被稱為韓國擴大航天工業基礎努力的一部分。

KARI后續還規劃了KOMPSAT-6雷達成像衛星、KOMPSAT-7高分辨率對地觀測衛星。

衛星圖像的國產化，提高了韓國在國際社會中的地位。KARI于2011年加入《空間和重大災害國際憲章》，作為向全世界應用人道主義方案提供衛星數據的一部分。

據說上述在軌衛星每年可以產生超過10萬幅圖像，但是圖像應用情況一般。例如在2016年，KRAI僅向私營部門以及政府機構和組織分發了5900多幅圖像。為了促進衛星數據的應用，韓國已經成立了國家衛星運行應用中心，致力于政府衛星的運作和衛星數據的系統和高效利用，管理政府衛星產生的衛星數據，利用衛星數據開展衛星運行技術和研發。韓國國家衛星運營應用中心計劃升級衛星數據分配和利用系統，并促進衛星數據利用服務，以便公共和私營部門使用政府衛星數據。為此，將開發一個綜合數據庫和平臺，通過建立用戶友好的界面實現數據分發功能。

韓國地球同步多用途衛星

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

“雪蓮-1”發射于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，并提供衛星通信測試服務，同時監視朝鮮半島周邊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星技術。

“雪蓮-2A”發射于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星、氣象條件和地球實際生活的影響成為可能。

“雪蓮-2B”發射于2020年2月19日，據說是世界上第一顆裝有環境有效載荷的靜止衛星，用于觀測空氣污染物。“雪蓮-2B”內置海洋有效載荷，分辨率比“雪蓮-1”高4倍，通過精確監測海洋傾倒區和海嘯區等海洋環境，實現對海洋領土的系統化管理和利用。

KASS：韓國的天基導航增強系統

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

▲ GEO-KOMPSAT-2B衛星

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

產業化小衛星CAS500

CAS500是KARI自行開發的小衛星平臺，正式名稱是“緊湊型先進衛星500”。500指的是衛星發射質量在500千克級。這個型號的研發目的，是滿足公共部門對衛星的需求，擴大韓國衛星產業的基礎，培育產業。CAS500計劃分為兩個階段。

第一階段計劃包括研制500千克級標準衛星平臺，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星。KARI將把核心技術轉讓給商業企業，然后由企業開發一顆衛星，KARI負責技術審核和技術支持。

在第二階段計劃中，將由企業自主開發3顆衛星，用于空間科技驗證、農林條件觀測、水資源和災害控制。KARI將負責技術管理和監督。

▲ 微波暗室中的CAS500

▲ CAS500小衛星平臺

多用途衛星電子光學有效載荷AEISS-A

在阿里郎1號和2號多用途衛星的技術基礎上，KARI自主研制出先進地球成像傳感器系統（AEISS）和先進地球成像傳感器系統-A（AEISS-A），分別用于阿里郎-3和3A衛星。KARI認為AEISS當時可以排名世界前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轉讓或聯合開發來研制，因此，必須徹底掌握這一技術。KARI實現了從設計到裝配、校準和測試，以及空間飛行的環境中的最終驗證測試。

KARI在研制AEISS開發過程中發現，其中的技術非常復雜。光學系統的裝配精度需要達到1/5000人頭發直徑的精密技術，還要控制裝配場所附近人或車輛運動產生的微小振動。AEISS設計工作壽命3~7年。通過這臺相機的研制，韓國自稱進入了美國、法國等少數先進國家的行列。

AEISS-A是AEISS的改進型，光學分辨率為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

為了研制上述衛星，韓國在1996年建造了空間測試中心，用于分析和測試衛星和運載火箭等高可靠性系統的最終裝配、校準、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證測試機構（KT-236）。這個實驗室面積達到25970平方米，由軌道環境試驗室、發射環境試驗室、電磁波環境試驗室、精密校準裝配實驗室等組成。

精密校準裝配實驗室組成用于衛星裝配和衛星傳感器的精確對準測量，配備超精密零件裝配的校準系統、三維位置測量系統、清潔度測量設備、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 軍用通信衛星

發射環境測試實驗室用于衛星發射過程中的振動、沖擊和聲載荷環境試驗。它配備衛星質量測量系統、自由落體和熱沖擊試驗系統以及結構模式測試儀器/分析系統。

軌道環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星運行的極高/低溫環境。通過試驗，驗證了衛星系統和部件在空間環境中的正確功能。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、熱循環室、熱沖擊室、反排地面污染物室。

電磁波環境試驗室用于輻射和傳導電磁波噪聲環境的適宜性試驗，配有直流到40GHz頻段測量系統和200V/m電場發生系統。

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

衛星運行中心

因為在軌衛星越來越多，而且還有大量后續衛星在規劃當中，KARI特意建設了一座衛星運行樓，把衛星監測和控制功能植入其中，包括韓國多用途衛星和雪蓮衛星。

衛星運行樓的具體功能包括：監測衛星系統的功能和性能；規劃衛星系統的運行；衛星系統軌道和位置控制決策及軌道預測、調整和管理決策；監測衛星系統與地面系統之間的通信；接收地球觀測圖像和天氣圖像。

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

躍躍欲試的探月

韓國政府認為，月球探測是促進空間技術迅速發展的一個機會，也是探索更深空間的一塊墊腳石。探月能力也被認為是一個國家在科學技術領域成就的標志。

進入21世紀以來，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年發射了月球軌道器，印度在2008年發射了月球軌道器，中國成為繼美國和蘇聯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，將把韓國航天技術提高到新的水平，提升國家品牌價值和民族自豪感。根據民調，72%的韓國人支持探月計劃，支持開列預算。KARI通過計算認為，探月活動的有形和無形經濟價值預計在3.8萬億韓元左右，是計劃投資的5倍多。