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航天科技集团商业遥感卫星系统首发星任务技术及研制模式创新扫描

时间:2017年01月18日 信息来源:中国航天报 点击: 【字体:

新年伊始,中国航天科技集团公司商业遥感卫星系统的首发星高景一号首批影像向社会发布,标志着我国首个完全自主研制的0.5米级高分辨率商业遥感卫星星座正式具备运营能力。


高分辨率、高图像质量、高敏捷机动能力、多模式成像、长寿命……甫一面世,高景一号便自带一系列适应商业市场的指标“光环”,标志着国产商业遥感数据水平正式迈入国际一流行列。


轻敏高景 岂止于高


商业遥感卫星系统从建设之初就站在了高起点上。


“高景一号虽然是该系统的首发星,但却是国内第一颗面向商业用途的0.5米高分辨率光学遥感卫星,其性能与国际先进的Pleiades-1等商遥卫星相比也毫不逊色。”卫星研制方航天东方红卫星有限公司总经理葛玉君说。


早在升空前,高景一号便得到了国内外卫星数据用户的关注和期待。该卫星运营方中国四维测绘技术有限公司下属的世景公司总经理徐丽萍回忆道,在与用户的业务互动中,有人曾感慨说:“一起步就是0.5米级分辨率,高景一号将使中国跻身国际商遥卫星第一方阵。”


如何使产品的指标和成本在未来的国内外遥感卫星市场上都极富竞争力?研制团队在高景一号上采用全新研制的CAST3000B小卫星平台,来寄托他们的大目标。


相较于普通遥感卫星,高景一号具有高敏捷的机动性能。为此,研制团队采用变速控制力矩陀螺方案(VSCMG),有机统一了卫星姿态快速机动能力与高分成像所要求的高稳定度。这也是国产小型化VSCMG产品在国内的首次在轨应用。


凭借出色的高敏捷机动性能,高景一号可以为有着不同需求的用户提供多达7种成像模式的选择,包括五条带拼接成像、三视角立体成像及同轨多目标成像等。


五条带拼接成像模式就是发挥卫星姿态快速机动特点,对关注区域,例如某一大型城市,一次过顶时,利用俯仰和侧摆机动,扫描5个条带,拼接形成60公里×70公里的图像。


“这可以有效解决高分辨率卫星幅宽较窄的应用问题。”高景一号总指挥兼总设计师赵志明介绍。


三视角立体成像模式是对指定区域,从不同视角进行3次成像,形成立体图像,可以满足用户立体成像和测绘制图的需求。


而多目标成像模式则通过按需设置成像条带长度,一轨内可实现任意地区8个目标的成像,大大提高卫星的快速响应能力,可以应对各种突发事件和紧急任务需求,也能为有小区块成像需求的用户提供服务。


遥感卫星要具备高敏捷机动能力,就要严格控制自身的质量和转动惯量,提高集成度。简单来说,就是要“减重瘦身”。


传统小卫星的星务分系统包括星务主机、热控下位机、载荷下位机等四五台设备,单机加电缆的总重接近30公斤。


CAST3000B平台大量采用高度集成的SOC、SIP、MEU等智能芯片,把单机集成为单板、单板集成为芯片,用1台不到5公斤的星务管理单元来完成原来5台单机的功能。


同时,高景一号采用的小型化VSCMG产品每个重量只有8公斤,是国际上最轻的同类产品。研制团队还对卫星进行了电源管理和配电模块集成、应用小型化应答机等设计。上述措施和新技术的采用使卫星平台的重量下降约50%。


“这些产品和配置的优化,大幅提高了高景一号产品的智能化、自主化、标准化和轻量化,降低了研制成本,提高了调试过程的灵活性,为商遥卫星系统星座后续大批量的生产研制,提供了很好的技术保障。”赵志明说。


高景一号01、02星在轨组网后,可针对全球南北纬80度之间实现4天的重访周期。待系统后续2颗卫星2017年发射入轨后,4颗星实现全球任意地点重访只需要1天时间。同时,卫星提供X波段的下行数传通道,传输码速率每秒最高可达900兆。新卫星平台的高可靠性和抗辐射性等优势使卫星设计寿命足够有竞争力。这些先进性能都为高景一号的商业化运作提供了条件。


友好商遥 质高价优


商业遥感卫星,顾名思义,要讲求商业回报。相较于一般卫星,其研制成本直接关系到用户收益,也关系到图像产品的最终价格和市场竞争力,因此对成本更为敏感。


面向市场,高景一号的研发运营团队希望在“质高”和“价优”之间寻求到一个最佳平衡点——既要转变“唯技术指标”和“不计成本”的传统型号研制思维,又不能因降低成本而影响整体可靠性,以致于无法为市场长期供应质量稳定的产品。


于是,在卫星任务需求分析阶段,航天东方红公司和中国四维公司联合组织专业技术人员,针对国际主流的商业遥感卫星进行了方案搜集、指标分析、应用和用户调研。


“经过调研,我们发现市场对0.5米级卫星数据的需求非常旺盛,在不降低卫星图像品质的前提下,我们要做的就是想尽一切办法压缩成本。”中国四维公司研究发展部高级研发经理闫大鹏说。


航天东方红公司从卫星的指标满足度、成本控制、冗余设计、研制流程优化等多方面着手,形成了具有商业特点的卫星研制模式——设计方面,在满足用户指标要求的前提下,不追求单次或某几次指标最优,而是力求实现系统整体指标优化;系统配置方面,大量采用新技术、新产品,提高集成度,避免过度冗余;采用“方案+正样”、以仿真分析代替试验验证等手段,优化研制流程;改变传统的系统产品管理组织模式,设置“项目执行总监”,将总设计师从抓卫星生产管理执行中解放出来,更侧重核心设计……


在保证产品可靠性和任务成功的基础上,研制团队通过从产品设计上“省空间”、从研制流程上“省时间”、从优化系统配置上“省成本”这样一系列“科学节省”的思路,创造了在17个月内圆满完成两颗全新平台卫星研制的新纪录,使高景一号成为国内研制周期最短的光学遥感小卫星。


“我们的最终目标是为用户提供‘好、快、省’的遥感小卫星。”葛玉君说。


对于一颗面向商业应用的遥感卫星,用户需求始终是卫星设计和研制的重要依据。因此,高景一号研发运营团队还十分注重用户体验。


与传统型号任务中等到编写“用户说明”时才考虑用户的需求不同,高景一号研制团队早在卫星方案设计初期,就将用户需求“消化”到设计的方方面面——卫星平台的所有CPU软件都具有在轨修改和上注能力;用户既无需关心成像任务中卫星姿态具体需要完成哪些动作,也不用知道相机和数传应用哪些指令,只要调用研制团队事先设计好的相应指令模板,便可轻松完成任务;卫星的测控、星务、姿控、电源等都具有自主健康检查、故障自主诊断、隔离和恢复的功能,使得其在轨维护难度大大减轻……


这些细致入微的设计将高景一号打造为界面友好的商遥卫星,帮助用户方便地完成运营任务,从而更加充分地挖掘遥感卫星的应用价值。

(作者:崔恩惠)
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