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資料圖：高分二號(hào)衛(wèi)星拍攝到的北京西直門地區(qū)。
在地球大氣層以外飛行的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星宛如“天眼”，注視著地球表面，一物一景盡收眼底，為我們提供更高遠(yuǎn)的視角觀測(cè)地球家園。這雙“天眼”是否明亮，決定了我們所看到的景物是否清晰。因此，無數(shù)航天科研人員孜孜不倦地工作，為的就是不斷擦亮這雙“天眼”。
9月29日，“高分二號(hào)”衛(wèi)星首批影像圖公布，在600公里高空所拍下的照片，能清晰地看到馬路上的斑馬線。這是我國(guó)首批亞米級(jí)高分辨率衛(wèi)星影像圖，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)入亞米級(jí)時(shí)代。
從“高分一號(hào)”衛(wèi)星讓人震撼的首批衛(wèi)星影像圖，到更為震撼的“高分二號(hào)”衛(wèi)星影像圖，中國(guó)的“天眼”被一次次擦亮。
視野寬闊的“高分一號(hào)”
“高分一號(hào)”衛(wèi)星做到了空間分辨率、多光譜和寬覆蓋的結(jié)合。它在全球中分辨率衛(wèi)星中是觀測(cè)幅寬最寬的一顆，用4天時(shí)間就可以對(duì)全球完成拍攝
2006年，中國(guó)將高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，是當(dāng)年部署的16個(gè)重大專項(xiàng)之一。2010年5月，高分專項(xiàng)全面啟動(dòng)。
作為高分專項(xiàng)系列衛(wèi)星的先鋒，“高分一號(hào)”衛(wèi)星這顆“天眼”并沒有將主要能力放在明察秋毫方面，它就如瞭望臺(tái)一般，登高望遠(yuǎn)，視野遼闊是它不可替代的本事。
“高分一號(hào)”衛(wèi)星搭載了兩臺(tái)2米分辨率全色/8米分辨率多光譜相機(jī)、4臺(tái)16米分辨率多光譜寬幅相機(jī)。這就決定了“高分一號(hào)”衛(wèi)星在拍攝只具備灰色一種顏色的全色照片時(shí)，分辨率可以達(dá)到2米，在拍攝彩色多光譜照片時(shí)的分辨率為8米。
單從這項(xiàng)指標(biāo)看，“高分一號(hào)”衛(wèi)星的分辨率并沒有多么出色，與國(guó)際同類衛(wèi)星相比并無優(yōu)勢(shì)，谷歌地圖所使用的“地球之眼”對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的分辨率已經(jīng)達(dá)到了0.41米。就算與國(guó)內(nèi)其他衛(wèi)星相比，其優(yōu)勢(shì)也不明顯，早在2007年發(fā)射的“遙感二號(hào)”衛(wèi)星就實(shí)現(xiàn)了2米的全色分辨率。
但是，并不能就此否定“高分一號(hào)”衛(wèi)星的優(yōu)秀。得益于其所搭載的功能強(qiáng)大的16米分辨率多光譜寬幅相機(jī)，“高分一號(hào)”衛(wèi)星做到了空間分辨率、多光譜和寬覆蓋的結(jié)合。
在對(duì)地拍攝時(shí)，“高分一號(hào)”的多臺(tái)寬幅多光譜相機(jī)進(jìn)行多角度拼接視場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)成像，讓“高分一號(hào)”的16米分辨率幅寬達(dá)到了驚人的800千米。"高分一號(hào)’衛(wèi)星是中高分辨率相結(jié)合的衛(wèi)星，它的分辨率并不算高，但是它主要解決的是大幅寬問題�！备叻謱ｍ�(xiàng)工程副總指揮王承文說。
雖然在分辨率上略遜一籌，但在拍攝幅寬上面，“高分一號(hào)”可謂獨(dú)占鰲頭。“它在全球中分辨率衛(wèi)星中是觀測(cè)幅寬最寬的一顆，用4天時(shí)間就可以對(duì)全球完成拍攝。”王承文說。
如此一來，“高分一號(hào)”衛(wèi)星便形成了足以成為技術(shù)突破的特點(diǎn)：高空間分辨率、多光譜與高時(shí)間分辨率結(jié)合的光學(xué)遙感技術(shù)應(yīng)用。時(shí)間分辨率是指軌道衛(wèi)星在同一區(qū)域進(jìn)行的相鄰兩次遙感觀測(cè)的最小時(shí)間間隔，亦稱覆蓋周期。時(shí)間間隔越大，時(shí)間分辨率越低，反之時(shí)間分辨率就越高。“時(shí)間就是金錢”這句話在這里同樣適用。
“我們國(guó)家國(guó)土幅員遼闊，需要觀測(cè)幅寬大的衛(wèi)星，更主要的是幅寬跟時(shí)間分辨率有很大的關(guān)系。我們所提到的高分辨率概念不僅僅是指大家平常所認(rèn)為的空間分辨率，實(shí)際上‘高分一號(hào)’從立項(xiàng)的時(shí)候就要求高時(shí)間分辨率，這在應(yīng)用方面是非常重要的。”王承文說，為保證大范圍觀測(cè)，還設(shè)計(jì)了利用動(dòng)量輪控制實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星滾動(dòng)側(cè)擺25°的能力，可觀測(cè)范圍達(dá)到近1000千米。
“高分一號(hào)”衛(wèi)星在平臺(tái)性能上也有所進(jìn)步，這也為拍攝高精度的照片提供了支撐。據(jù)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師白照廣介紹，“高分一號(hào)”衛(wèi)星使用航天東方紅公司研制的CAST2000小衛(wèi)星平臺(tái)，這是一種標(biāo)準(zhǔn)的低軌道衛(wèi)星平臺(tái)，它使用三軸穩(wěn)定控制方式，具有整星側(cè)擺機(jī)動(dòng)能力和較高精度的姿態(tài)控制能力�！案叻忠惶�(hào)”在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，在CAST968/2000小衛(wèi)星上首次采用二浮陀螺進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)角速度測(cè)定，使得衛(wèi)星姿態(tài)控制精度更高�！叭绻l(wèi)星姿態(tài)不夠穩(wěn)定，就像拿著照相機(jī)的手不斷抖動(dòng)，會(huì)直接影響成像質(zhì)量�！卑渍諒V說。
此外，“高分一號(hào)”還是一顆“長(zhǎng)壽衛(wèi)星”。它是我國(guó)首顆設(shè)計(jì)、考核壽命要求大于5年的低軌衛(wèi)星，而以往國(guó)內(nèi)同類衛(wèi)星的壽命大多為3年�！伴L(zhǎng)壽”的奧秘就在于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在關(guān)乎衛(wèi)星使用壽命的活動(dòng)部件，特別是飛速旋轉(zhuǎn)而又損耗極大的陀螺以及衛(wèi)星電池的設(shè)計(jì)方面花足了心思。改進(jìn)的陀螺、高效能的太陽(yáng)能帆板與鋰電池，讓“高分一號(hào)”能夠更為持久地翱翔在太空之上。
明察秋毫的“高分二號(hào)”
“高分二號(hào)”是我國(guó)第一個(gè)突破亞米級(jí)的民用對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，斑馬線、小汽車等在其衛(wèi)星影像圖上可以清晰辨認(rèn)，甚至黃浦江上的浪花都能看得清楚
“高分一號(hào)”衛(wèi)星在分辨率上的不足并非無法彌補(bǔ)，只不過它需要高分家族中的另一名成員—“高分二號(hào)”衛(wèi)星來完成。
“高分一號(hào)”的全色分辨率為2米，這意味著，地面上長(zhǎng)和寬都小于2米的物體，呈現(xiàn)在“高分一號(hào)”所拍攝的全色圖像上僅僅為一個(gè)像素點(diǎn)，并不能看清楚其不規(guī)則形狀，也不隨著圖像放大而改變。像斑馬線、小汽車等物體在“高分一號(hào)”的衛(wèi)星圖像上是無法呈現(xiàn)的，但是這些在“高分二號(hào)”的衛(wèi)星影像圖上都可以清晰辨認(rèn)。甚至在“高分二號(hào)”的衛(wèi)星影像圖上，黃浦江上的浪花都能看得清楚。
這得益于“高分二號(hào)”已經(jīng)達(dá)到1米的分辨率。其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過國(guó)外同類光學(xué)遙感衛(wèi)星的水平，關(guān)鍵在于由兩臺(tái)相同的分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機(jī)�！案叻侄�(hào)”相機(jī)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師姜海濱說，“高分二號(hào)”衛(wèi)星相機(jī)焦距是國(guó)內(nèi)衛(wèi)星中焦距最長(zhǎng)的�！斑@顆衛(wèi)星上裝有兩臺(tái)相機(jī)，與全世界同等級(jí)分辨率的衛(wèi)星相比，是成像幅寬最大的，達(dá)到了45千米。而且這兩臺(tái)相機(jī)還實(shí)現(xiàn)了98%的國(guó)產(chǎn)率，關(guān)鍵部件都是中國(guó)制造�！�
1米全色分辨率相比于2米全色分辨率來講，不僅僅是數(shù)字的差別，更是質(zhì)的飛躍。
“1米以下的分辨率就意味著進(jìn)入了亞米級(jí)分辨率。‘高分二號(hào)’是我國(guó)第一個(gè)突破亞米級(jí)的民用對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星�！备叻謱ｍ�(xiàng)工程地面系統(tǒng)總工程師徐文說。亞米級(jí)遙感數(shù)據(jù)在國(guó)際遙感領(lǐng)域被稱為“黃金數(shù)據(jù)”，這一稱謂足見其重要性。
要進(jìn)入亞米級(jí)，則需要突破多項(xiàng)技術(shù)。分辨率是航天光學(xué)遙感相機(jī)一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)方法是通過延長(zhǎng)焦距、增大相機(jī)口徑的方式實(shí)現(xiàn)更高分辨率，但相機(jī)的體積、重量也會(huì)隨之增長(zhǎng)，導(dǎo)致研制難度、成本倍增。上世紀(jì)九十年代，國(guó)外提出新的設(shè)計(jì)理念：在鏡頭焦距增加的同時(shí)，鏡頭口徑增加相對(duì)較小，即相機(jī)的相對(duì)孔徑越來越小。但這種方式受光學(xué)系統(tǒng)衍射的限制，會(huì)使圖像質(zhì)量有所降低。必須利用相機(jī)成像電路的低噪聲技術(shù)和相關(guān)地面圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，才能保證圖像質(zhì)量。
研制過程中，科研人員在國(guó)內(nèi)首次采用小相對(duì)孔徑的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，克服了鏡頭主次鏡離焦敏感度高等困難，突破了大口徑超長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)水平重力卸載裝校、海量數(shù)據(jù)處理等一系列高分辨率相機(jī)研制難關(guān)，實(shí)現(xiàn)在同等光學(xué)系統(tǒng)口徑下，分辨率顯著提高。同時(shí)，科研人員首次采用天地協(xié)同的運(yùn)作方式，為“高分二號(hào)”引入“大遙感”設(shè)計(jì)理念，通過相機(jī)特點(diǎn)和地面處理特點(diǎn)的匹配，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化，以充分挖掘相機(jī)的信息獲取潛力。與“高分一號(hào)”相比，“高分二號(hào)”相機(jī)的焦距及分辨率提高了2.4倍，而口徑僅增加了1.6倍。
“高分二號(hào)”衛(wèi)星還在衛(wèi)星定位精度方面做了很多功課，因?yàn)檫@關(guān)乎到其所拍攝的照片是否變形或錯(cuò)位而導(dǎo)致不準(zhǔn)確�！案叻侄�(hào)”衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師潘騰介紹，以往我國(guó)衛(wèi)星的定位精度多為百米量級(jí)，“高分二號(hào)”設(shè)計(jì)指標(biāo)則要求達(dá)到無控制點(diǎn)條件下優(yōu)于50米的定位精度，因此在測(cè)軌精度、姿態(tài)穩(wěn)定精度等方面，研制團(tuán)隊(duì)開展了大量工作。
衛(wèi)星的太陽(yáng)能帆板、陀螺儀以及很多零部件會(huì)在運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)衛(wèi)星上搭載的長(zhǎng)焦鏡頭來說，輕微的震動(dòng)都可能導(dǎo)致圖像模糊。為此，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)“高分二號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。在“高分二號(hào)”兩個(gè)太陽(yáng)翼下面，裝有國(guó)防科技大學(xué)研制的“天弦一號(hào)”太陽(yáng)翼振動(dòng)控制裝置，能有效抑制太陽(yáng)翼振動(dòng)，使衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)一步縮短�？蒲腥藛T還首次采用阻尼減隔振等措施，吸收轉(zhuǎn)動(dòng)能量，穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)部件，以保證圖像質(zhì)量。
在保證穩(wěn)定的前提下，“高分二號(hào)”上首次使用控制力矩陀螺，采用優(yōu)化高效的控制定姿方案，具備了大角度快速機(jī)動(dòng)能力。與能在180秒內(nèi)側(cè)擺25°的“高分一號(hào)”相比，“高分二號(hào)”可在180秒內(nèi)側(cè)擺35°。
而且，面對(duì)云層等天氣因素對(duì)衛(wèi)星拍照造成的影響時(shí)，沿著軌道飛行的“高分二號(hào)”還能選擇性地開關(guān)機(jī)�！氨热绫本┯性�，黑龍江跟廣東天氣都不錯(cuò)，那我們就讓衛(wèi)星在廣東開機(jī)拍攝，到了北京就關(guān)機(jī)，到了黑龍江再開機(jī)。這樣就能把衛(wèi)星的成像效能發(fā)揮好，節(jié)省數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的空間�！毙煳慕榻B，這個(gè)特點(diǎn)叫做“分次成像”。
相互配合構(gòu)造中國(guó)“天眼”系統(tǒng)
高分專項(xiàng)包括七顆衛(wèi)星，功能定位各有不同，如雷達(dá)遙感衛(wèi)星“高分三號(hào)”可以不受氣候條件影響全天候觀測(cè)，高光譜衛(wèi)星“高分五號(hào)”可對(duì)大氣成分進(jìn)行綜合探測(cè)
"高分一號(hào)’衛(wèi)星已經(jīng)在軌運(yùn)行，情況非常好。在20余個(gè)政府部門、行業(yè)以及10個(gè)省級(jí)區(qū)域應(yīng)用示范中心開展了非常好的示范應(yīng)用�！蓖醭形恼f，而且，它將與“高分二號(hào)”衛(wèi)星相互配合，普查與詳查相結(jié)合，在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、城市精細(xì)化管理等眾多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
對(duì)于兩顆衛(wèi)星能力的相互配合，徐文解釋說：“假如說，我們要找一個(gè)2米以上的地物特征，但是我們不知道它的準(zhǔn)確位置，只知道它在哪個(gè)大的區(qū)域，就可以先用‘高分一號(hào)’來進(jìn)行觀測(cè)，看到很多類似的地物之后，再用‘高分二號(hào)’衛(wèi)星對(duì)該區(qū)域的地物進(jìn)行觀測(cè)確認(rèn)�！�
其實(shí)，在整個(gè)高分專項(xiàng)中，不僅僅有這兩顆衛(wèi)星。七顆高分系列衛(wèi)星功能各有不同，而且可以做到相互配合。
據(jù)國(guó)防科工局局長(zhǎng)、高分專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)許達(dá)哲介紹，具有1米分辨率的雷達(dá)遙感衛(wèi)星“高分三號(hào)”、高軌光學(xué)遙感衛(wèi)星“高分四號(hào)”、高光譜衛(wèi)星“高分五號(hào)”都在加緊研制，并將在明后兩年陸續(xù)發(fā)射。同時(shí)，“高分六號(hào)”、“高分七號(hào)”、平流層飛艇、航空觀測(cè)系統(tǒng)、地面系統(tǒng)和應(yīng)用示范系統(tǒng)也將加緊建設(shè)，至2020年前，我國(guó)將建立起高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率的對(duì)地觀測(cè)體系。
高分辨率衛(wèi)星又分為雷達(dá)衛(wèi)星與光學(xué)衛(wèi)星。光學(xué)衛(wèi)星“高分二號(hào)”最大的敵人就是天氣。具有1米分辨率的“高分三號(hào)”雷達(dá)遙感衛(wèi)星就是要在解決高分辨率的基礎(chǔ)上，克服“高分二號(hào)”的限制，做到全天候觀測(cè)，“它是雷達(dá)衛(wèi)星，無論有云、有雨，不管是白天還是晚上，它都可以進(jìn)行觀測(cè)，不受氣侯條件的影響�！蓖醭形恼f。
“高分四號(hào)”衛(wèi)星是高軌衛(wèi)星，始終在中國(guó)經(jīng)度赤道上空3.6萬米的高空對(duì)我們的國(guó)土進(jìn)行觀測(cè)，更好地解決高時(shí)間分辨率的問題，而且其時(shí)間分辨率可達(dá)到分鐘級(jí)。
"高分五號(hào)’是具有納米級(jí)光譜分辨率、可對(duì)大氣成分進(jìn)行綜合探測(cè)的高光譜遙感衛(wèi)星�！蓖醭形恼f：“光譜是什么特性？有點(diǎn)像人的指紋，光譜分得越細(xì)，就可以把物質(zhì)類型揭示得越徹底�！�
對(duì)于之前“高分一號(hào)”衛(wèi)星可以識(shí)別作物，王承文解釋稱，其靠的就是光譜，“不同植物的光譜特性是不一樣的，不僅僅可以識(shí)別出水稻、小麥、白菜、大豆，它的亞種通過高光譜也可以識(shí)別出來�！�
“高分專項(xiàng)與之前的衛(wèi)星一個(gè)最大的不同是管理方式上的變化。我們過去是‘私家車管理體系’，高分專項(xiàng)打造的是一個(gè)‘公交系統(tǒng)’。它首先就是要提高數(shù)據(jù)的使用效率，提高運(yùn)行管理的效能，我們每一顆衛(wèi)星都要確定它的主用戶、一般用戶�！蓖醭形恼f。在這之后就是完善數(shù)據(jù)分發(fā)體系，由資源中心首先對(duì)近20個(gè)部委逐步分發(fā)，同時(shí)也對(duì)有條件的省份建立省一級(jí)數(shù)據(jù)中心，把數(shù)據(jù)盡可能以最快捷最高效的方式發(fā)放給大家。
高分專項(xiàng)還建立了國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)中心，把各個(gè)用戶的需求集中起來，由高分專項(xiàng)統(tǒng)一組織，集中全國(guó)優(yōu)勢(shì)力量攻克技術(shù)難關(guān)，形成成果共享，通過對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等新技術(shù)的嫁接來促進(jìn)空間信息產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展，為這些企業(yè)的發(fā)展和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的形成創(chuàng)造友好的環(huán)境和優(yōu)良的條件。
高分衛(wèi)星檔案
高分一號(hào)
●運(yùn)載火箭：
長(zhǎng)征二號(hào)丁
●發(fā)射時(shí)間：
2013年4月26日
●發(fā)射地：
酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心
●設(shè)計(jì)壽命：
5—8年
●搭載相機(jī)：
2臺(tái)2米分辨率全色/8米分辨率多光譜相機(jī)
4臺(tái)16米分辨率多光譜寬幅相機(jī)
●最高分辨率：8米
●最大拍攝幅寬：800千米
●衛(wèi)星平臺(tái)：
中國(guó)研制的CAST2000小衛(wèi)星平臺(tái)
●技術(shù)特點(diǎn)：在保持中等分辨率時(shí)對(duì)全球拍攝只需4天
高分二號(hào)
●運(yùn)載火箭：長(zhǎng)征四號(hào)乙
●發(fā)射時(shí)間：
2014年8月19日
●發(fā)射地：
太原衛(wèi)星發(fā)射中心
●設(shè)計(jì)壽命：5—8年
●搭載相機(jī)：
1臺(tái)1米分辨率全色相機(jī)
1臺(tái)4米分辨率多光譜相機(jī)
●最高分辨率：1米（亞米級(jí)）
●最大拍攝幅寬：45千米
