陸地探測一號01組B星成功發(fā)射，與A星編隊運行——

　　雙星共舞，觀天測地有絕招

　　光明日報記者 崔興毅

　　2月27日7時44分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征四號丙遙三十運載火箭，成功發(fā)射陸地探測一號01組B星。陸地探測一號01組衛(wèi)星是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》中首個立項的科研衛(wèi)星工程，由A、B星組成。A星已于1月26日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功實施發(fā)射，目前正按計劃開展在軌測試，衛(wèi)星相關(guān)功能性能正常。B星入軌后，將單獨開展在軌測試，再與A星進行編隊測試。

　　陸地探測一號01組A、B雙星技術(shù)狀態(tài)基本相同，均配置L波段合成孔徑雷達（SAR）載荷，在軌應(yīng)用干涉測高和差分形變測量技術(shù)，可實現(xiàn)重軌干涉形變測量、雙星編隊干涉測高及單星成像等功能，完成地表形變測量、數(shù)字高程模型獲取等主要觀測任務(wù)，具有全天候、全天時、多模式、多極化等特點，支持和服務(wù)國土資源、地震、防災(zāi)減災(zāi)、基礎(chǔ)地理信息獲取、林業(yè)等應(yīng)用需求，可形成重大災(zāi)害快速反應(yīng)能力。

　　在太空“花滑”的雙星，有哪些觀天測地的絕招？

　　雙星繞飛模式的控制是難點

　　陸地探測一號01組衛(wèi)星作為編隊衛(wèi)星，最大難度在于雙星繞飛模式的控制。“就像冬奧會中的雙人花樣滑冰項目一樣，兩個運動員在冰面上同步高速滑行的過程中，手牽手跳躍、旋轉(zhuǎn)，完成高難度舞蹈動作。”中國航天科技集團八院控制所衛(wèi)星副總設(shè)計師王文妍解釋，“繞飛中的A、B雙星也有一雙無形的手牽在一起，我們稱之為‘基線’。”

　　要精確地看出一段時間內(nèi)高山、植被的高度變化情況，需要兩顆衛(wèi)星每經(jīng)歷一個回歸周期后，必須回到同一目標(biāo)點，并且保持同樣的相對位置關(guān)系進行觀測。這根無形的“基線”也是一把標(biāo)尺，規(guī)定了雙星在每次到達預(yù)定觀測地點的相對位置關(guān)系。“繞飛時，兩顆衛(wèi)星距離相近，同時觀測，就像人的兩只眼睛，一只眼睛只能看到平面，兩只眼睛就可以看出高度和深度，可用于險峻高地、森林植被的測繪等。”

　　據(jù)王文妍介紹，A、B雙星還會根據(jù)所測繪地區(qū)緯度的不同進行編隊構(gòu)形的變化，實現(xiàn)“主角”“配角”的切換。“比如說，低緯度測繪的時候，是B星以一定的距離和角度相對A星運轉(zhuǎn)；到中緯度的時候，會變成A星以另一種狀態(tài)相對B星運轉(zhuǎn)，這樣可以最大限度發(fā)揮兩顆衛(wèi)星的工作能力，達到使用最優(yōu)觀測基線實現(xiàn)全國陸地觀測的效果。”

　　讓衛(wèi)星在太空展現(xiàn)完美“舞姿”

　　由于陸地探測一號01組衛(wèi)星的雙星“體重”都超過了3噸，無法用“一箭雙星”的方式同時將兩顆衛(wèi)星發(fā)射升空。據(jù)介紹，B星發(fā)射后，姿軌控分系統(tǒng)的首要任務(wù)是讓B星努力“接近”A星，使兩星從入軌初期相距上萬公里，逐漸形成相距幾公里級的編隊飛行狀態(tài)。

　　為了減少B星發(fā)射后軌道調(diào)整的工作量和燃料消耗，姿軌控分系統(tǒng)研制團隊從提高兩次發(fā)射的重復(fù)入軌精度入手，對發(fā)射窗口進行了細致計算，在發(fā)射中心“零窗口”發(fā)射技術(shù)支持之下，將火箭點火時間精準(zhǔn)“拿捏”，使B星最大限度地“重走”A星的入軌之路。

　　“衛(wèi)星在軌飛行控制策略的正確性和長期穩(wěn)定運行能力的驗證，需要充分的地面仿真試驗的支撐。”測試工程師崔佳介紹，陸地探測一號01組衛(wèi)星姿軌控任務(wù)執(zhí)行周期長，地面半物理仿真試驗采用了實時仿真運行方式，如何在有效的研制周期內(nèi)，確保關(guān)鍵控制過程的測試全覆蓋與正確性，是最大的難點之一。“只有地面功夫做得足，才能讓衛(wèi)星在太空展現(xiàn)最完美的舞姿。”

　　研制團隊創(chuàng)新性地提出了基于高精度數(shù)字衛(wèi)星的雙星半物理編隊仿真系統(tǒng)、長周期快速編隊仿真測試方法以及高精度外部時鐘校時技術(shù)，解決了多個實時仿真操作系統(tǒng)時間基準(zhǔn)復(fù)雜、難統(tǒng)一的難題，將系統(tǒng)內(nèi)各仿真時鐘精度控制在毫秒級，確保了時差的一致性和穩(wěn)定性。

　　共舞的雙星如何實現(xiàn)高精度地形測繪

　　“根據(jù)雙星干涉測高要求，雙星在太空需時刻攜手相伴飛行，猶如雙人花滑的舞者，既要保證各自技術(shù)動作的精準(zhǔn)穩(wěn)定，還要兼顧雙人動作的協(xié)調(diào)配合。與數(shù)分鐘的表演不同，衛(wèi)星在軌需要在任務(wù)周期內(nèi)克服各類復(fù)雜干擾因素的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。”衛(wèi)星副總設(shè)計師魏春向記者解釋。

　　研制團隊創(chuàng)新性地提出了基于編隊衛(wèi)星三維姿態(tài)導(dǎo)引與控制、非中斷雙基地成像等一系列新技術(shù)，可有效保證雙星的同步性能。基于實時編隊構(gòu)形的三維姿態(tài)導(dǎo)引與控制技術(shù)，可有效提升陸地探測一號01組雙星長基線編隊飛行時的空間同步性能。

　　“我們在國際上首次采用了非中斷雙基地成像模式，從根本上解決了雙基星載SAR成像和相位同步不能同時進行的難題，可大幅提升相位同步精度，并在國際上形成了自主知識產(chǎn)權(quán)。”衛(wèi)星副總設(shè)計師王宇介紹。

　　共舞的雙星如何實現(xiàn)高精度地形測繪？

　　“我們要建設(shè)5G基站及特高壓輸電線等，這些設(shè)施往往都選址在坡地、丘陵、山間。坡度、坡向、山脊線、山谷線等信息可為這些站點的合理布設(shè)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。”陸地探測一號01組衛(wèi)星總設(shè)計師陳筠力介紹，“因為我們國家山區(qū)丘陵多，人工測繪耗時又危險，而光學(xué)遙感受制于我國大部分地區(qū)多云多雨氣候特征的影響，無法做到實時獲取。雷達衛(wèi)星的特點，使其可以穿透云層和地表植被，實現(xiàn)全天候、全天時、高精度的觀測，在地形測繪中具有獨特的優(yōu)勢。”

　　“我們應(yīng)用了波的干涉原理，兩顆衛(wèi)星中一顆發(fā)射雷達信號，當(dāng)兩顆衛(wèi)星同時接收到地面回波后，通過處理就可以反演得到地面與兩顆衛(wèi)星之間的距離差，進而獲取地面的高程信息。”據(jù)悉，陸地探測一號01組是全球首個L波段分布式編隊多極化干涉SAR測高衛(wèi)星系統(tǒng)，地面觀測分辨率達到米級，地面高程測量精度滿足1：50000比例尺標(biāo)準(zhǔn)。可為我國自然資源調(diào)查體系構(gòu)建、全球地理信息資源建設(shè)與更新、高精度地形數(shù)據(jù)更新提供重要的技術(shù)支撐。