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蓄力十五载,只为从“零”到“一”的突破丨陆地探测四号01星研制纪实

时间:2023年08月24日 信息来源:本站原创 点击:1135 字体:

看到卫星顺利入轨,SAR天线徐徐展开,凝望着屏幕上一串串“工作正常”的数据,耳畔回荡着久久不绝的欢呼声,航天科技集团五院陆地探测四号01星研制团队的成员们流下了激动的泪水。十五年磨一剑,当昔日的青葱少年眼角已布满皱纹,他们终于实现了世界上高轨SAR卫星从“零”到“一”的突破。


用天基遥感手段抚慰“国之殇痛”


“遥感卫星影像在此次抗震救灾中发挥了重要作用。”“资源卫星每日至少过境一次提供灾区画面。”回忆起2008年,雪灾、地震……电视新闻中的画面成为中国人无法抹去的伤痛记忆,遥感卫星在救灾中发挥的作用更加激发了五院科研人员的斗志——要让遥感卫星更好地服务于国家防灾减灾工作!


SAR,全称是合成孔径雷达,通过向地面发射电磁波、接收地面回波来探测地面情况。SAR工作不受光照、天气条件限制,是极端天气条件下对地观测的一把好手。自上世纪七八十年代起,国际上多国都先后研制发射SAR卫星,用于灾害监测等领域。但是,目前国际上SAR卫星都运行于低轨,卫星过境时间短、重访周期长、观测范围小,难以满足应急、抢险和救灾的时效性需求。


高轨(地球同步轨道)卫星绕地飞行周期与地球自转周期相等,从地面上看,卫星相对固定在地面上空,可以有效弥补低轨卫星在观测时间上的不足。同时,高轨卫星以其“站得高、看得广”的优势,在观测范围上也能对低轨卫星进行良好补充。


“高轨SAR将是防灾减灾的一大利器。”经过广泛调研,五院研制人员认识到研制高轨SAR卫星的重要性。但是,由于高轨卫星位于“万里之外”,雷达信号在太空中传输呈指数型衰减,同时SAR对于轨道精度要求很高,如何让SAR在高轨顺利成像已经成为“世界级难题”。


“我国航天事业就是白手起家发展壮大起来的。为了人民群众的生命财产安全,再大的难题,我们也一定能攻克!”面对国家的需要、人民的呼唤,研制团队决定勇闯无人区,攻克高轨SAR技术难关,为我国建立高轨防灾减灾观测系统,用航天科技服务美好生活!


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▲ 卫星研制人员讨论技术细节


“勇闯无人区,我们可以!”


2011年,我国出台《国家综合防灾减灾规划(2011-2015)》,其中将加强遥感技术在防灾减灾领域的研究、加强防灾减灾空间信息基础设施建设作为重要项目。


研制高轨SAR的构想与国家防灾减灾建设需求完美契合。为了更好地支持这一“世界首创”项目的研究,五院坚持航天系统思维,由陆地探测四号01星总指挥、总设计师带队,总体单位、载荷控制等分系统单位成员共同组成项目论证团队,从理论可行与工程可实现两方面入手,开始了对项目进行可行性论证。


面对“SAR在高轨上能否成像”这个世界级难题,研制团队从成像机理开始深挖,梳理出影响成像的关键因素并逐一进行分析。“想想老一辈航天人是怎么过来的。没有成熟经验,我们就从最原始的原理入手,再逐渐尝试,一步步探索出道路。”回忆起当时的论证场景,团队成员坦言,虽然面对“一张白纸”有过迷茫,但是始终有一种精神力量在支撑着大家前进。


与光学卫星“咔嚓”拍张照不同,SAR卫星是依靠数据反演进行成像。据陆地探测四号01星研制人员介绍,“为了确保高轨SAR能成像,研制团队率先对成像算法的精确性这一‘主要矛盾’开展研究,对梳理出的诸多影响成像的因素逐一分析讨论,经过大量的计算和仿真试验,为高轨SAR量身定做出一套可行算法。”


验证成像理论可行后,研制团队还需克服多个关键因素的影响。为此,研制团队对多种SAR卫星成像方案进行仿真试验、可行性论证,综合多种方案的优势,从载荷上提出创新方案,又对高轨卫星定轨精度方法进行升级换代,勾勒出世界首颗高轨SAR卫星最初的样貌。


2015年,国防科工局、财政部联合发文,正式批复同意陆地探测四号01星列入国家民用空间基础设施科研星开展先期攻关。


有了前期的论证基础,五院研制团队针对高轨SAR成像、大功率、大天线、精密定轨、热控、电源、姿态控制等12项关键技术进行集中攻关。型号研制人员介绍,“项项关键技术都是新难题。大家潜心研究,坚持自主创新,历时近2年的时间,研制出型号所需产品单机,同时积极与国内外优势单位开展合作,开展校飞试验、动力学仿真、定标和几何校正等,为陆地探测四号01星的研制迈出了坚实一步。”


向着“三高”前进


功夫不负有心人,历经10年的论证攻关,2018年12月,国防科工局发文,正式批复同意陆地探测四号01星工程立项。


进入工程研制阶段,背着国内在轨最大直径的大天线,举着又细又长的天线展开臂,如何飞上天成为了研制团队要攻克的首要难题。为此,型号设计师巧妙地优化了卫星“房子”的布局,给大天线找到合适的家,再给天线的“胳膊”安装关节,让天线展开臂“环抱”着卫星“房子”,确保整星能够顺利搭乘火箭上天。


为了让卫星从“能飞”到“能用”,就必须让卫星拥有电源这个“心脏”。高轨SAR“大功率”的特点对其“心脏供血能力”提出了极高要求,为此,研制团队全新打造高品质电源技术和产品,确保卫星能稳定工作。


卫星各个零部件都生产出来,组合在一起试验时,却再次遇到了“绊脚石”——大功率单机产品发生微放电。面对全新的产品,没有经验可供参考,研制团队对可能导致微放电的原因逐一分析,精准定位至“材料放气干扰”。又通过更换使用材料、调整内部结构,经过近百次的调试,优化出微放电可能性最低的方案。


“研制过程中,我们也在不断优化管理机制。” 陆地探测四号01星研制人员介绍,“大家团结一心,本着‘零缺陷、零疑点、零故障’的理念,瞄准‘高质量、高效率、高效益’的目标,SAR载荷、结构、热控、控推、电源、测控等分系统都拧成一股劲,向着确保卫星按期保质研制完成、早日为国民经济建设贡献力量冲锋。”


“志之所趋,无远弗届。”十五年栉风沐雨、砥砺前行,五院陆地探测四号01星研制团队坚定提高国家减灾卫星监测能力的目标,一个个难关攻克、一轮轮仿真试验、一次次创新突破……新时代的航天人用实干踏遍万水千山,用奋斗铸就国家荣耀。面向未来,研制团队还将继续保持着拼搏进取的姿态,为国泰民安贡献遥感智慧和遥感力量。




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