中國(guó)首次發(fā)射攜帶離軌帆衛(wèi)星，驗(yàn)證不產(chǎn)生太空垃圾技術(shù)

9月12日11點(diǎn)26分，長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，成功實(shí)施一箭三星發(fā)射，將5米光學(xué)衛(wèi)星（資源一號(hào)02D星）和京師一號(hào)衛(wèi)星、金牛座納星送入太陽(yáng)同步軌道。

長(zhǎng)征四號(hào)乙火箭直沖云霄

5米光學(xué)衛(wèi)星（資源一號(hào)02D星）由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院抓總研制，屬于空基規(guī)劃的中等分辨率遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星。衛(wèi)星工作在太陽(yáng)同步軌道上，回歸周期為55天，設(shè)計(jì)壽命5年。衛(wèi)星配置可見(jiàn)近紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)，發(fā)射重量1840千克，采用三軸穩(wěn)定對(duì)地定向的控制模式。

5米光學(xué)衛(wèi)星（資源一號(hào)02D星）是資源一號(hào)02C星的接續(xù)星，主推光譜分辨率，定位于中等分辨率、大幅寬觀測(cè)和定量化遙感任務(wù)，可提供豐富的地物光譜信息。衛(wèi)星上的有效載荷重點(diǎn)針對(duì)短波紅外譜段進(jìn)行了譜段細(xì)分，光譜遙感特性突出，可實(shí)現(xiàn)地物的精細(xì)化光譜信息調(diào)查，滿足新時(shí)期自然資源監(jiān)測(cè)與調(diào)查需求。

值得一提的是，作為搭載星入軌的金牛座納星由八院805所研制，主要任務(wù)是驗(yàn)證衛(wèi)星離軌帆裝置，該裝置隨金牛座納星一同入軌，在衛(wèi)星壽命結(jié)束后啟動(dòng)，展開(kāi)大面積薄膜帆面，同時(shí)利用低軌稀薄的大氣阻力，大幅加速衛(wèi)星軌道衰減，助力清除太空垃圾。

離軌帆裝置工作動(dòng)畫(huà)示意視頻

再送“天眼”入蒼穹

1999年10月，我國(guó)資源衛(wèi)星系列首星——資源一號(hào)01星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心升空。今年9月，5米光學(xué)衛(wèi)星（資源一號(hào)02D星）也在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。從第一星到最新一顆星，整整相隔20年，衛(wèi)星的技術(shù)水平也有了大幅提升。

一.有雙閃亮大眼睛

5米光學(xué)衛(wèi)星是資源一號(hào)02C星的接續(xù)星，目標(biāo)是滿足新時(shí)期自然資源監(jiān)測(cè)需求。資源一號(hào)02C星于2011年12月發(fā)射升空，設(shè)計(jì)壽命3年，如今已經(jīng)到了“換崗”的時(shí)候。

5米光學(xué)衛(wèi)星由航天科技集團(tuán)五院抓總研制，整星由11個(gè)分系統(tǒng)組成，其中兩個(gè)關(guān)鍵載荷是可見(jiàn)近紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)，分別由五院508所和中科院上海技物所承擔(dān)研制。

可見(jiàn)近紅外相機(jī)采用多譜合一探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了9譜段成像，分辨率優(yōu)于5米，幅寬115千米。高光譜相機(jī)采用光柵分光方式，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)到短波紅外波段的166個(gè)光譜成像，分辨率為30米，幅寬60千米。兩大相機(jī)的加持，無(wú)疑提升了衛(wèi)星的觀測(cè)水平。

在設(shè)計(jì)師眼中，這兩臺(tái)相機(jī)就是衛(wèi)星的一雙閃亮的大眼睛，它們從天上俯瞰遼闊大地，洞若觀火。在試驗(yàn)隊(duì)里，隊(duì)員們對(duì)這雙眼睛關(guān)懷備至，悉心呵護(hù)。

二.一眼看盡京城主城區(qū)

508所研制的可見(jiàn)近紅外相機(jī)作為該衛(wèi)星的主載荷，將在未來(lái)的5年里執(zhí)行“天眼”使命，在國(guó)土資源監(jiān)測(cè)與調(diào)查、地礦勘探、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警以及大范圍自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用。

“相機(jī)為一步正樣產(chǎn)品，是508所研制的首個(gè)雙通道9譜段成像可見(jiàn)光相機(jī)，也是508所首個(gè)采用國(guó)產(chǎn)多光譜探測(cè)器的載荷。”相機(jī)技術(shù)負(fù)責(zé)人于生全介紹。

雙通道多譜段焦面能夠獲取更多的地面景物元素，一臺(tái)相機(jī)便可獲取以往兩臺(tái)相機(jī)才能獲取的景物信息，提高了單臺(tái)相機(jī)的利用率，節(jié)省了載荷成本。

508所研制的可見(jiàn)近紅外相機(jī)，結(jié)合資源一號(hào)02C衛(wèi)星的在軌飛行經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)上充分考慮了用戶對(duì)相機(jī)圖像幅寬、光譜、幾何精度、輻射方面的業(yè)務(wù)化需求，性能指標(biāo)大幅提升。

三.自然資源調(diào)查的新工具

在功能方面，依據(jù)《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》和《陸海觀測(cè)衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃》，這顆衛(wèi)星屬于“為滿足自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的緊迫需求、開(kāi)展陸地資源調(diào)査監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)衛(wèi)星建設(shè)”的重要內(nèi)容。

總體主任設(shè)計(jì)師張宏宇介紹，5米光學(xué)衛(wèi)星定位于中等分辨率寬幅光學(xué)衛(wèi)星，可提供豐富的地物光譜信息，可單軌覆蓋大中型城市，滿足城市高精度監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的新需求。

圍繞載荷配置變化，整星在資源一號(hào)02C星基礎(chǔ)上，采取了一系列技術(shù)改進(jìn)措施。

例如，整星采用高精度星敏和載荷星敏一體化設(shè)計(jì)，提升了控制精度；采用了新一代電源控制器、鋰離子蓄電池和高能效太陽(yáng)翼，提升了供電能力；采取雙頻GPS和整星秒脈沖高精度時(shí)統(tǒng)，提升了定位和定軌精度；采用了第三代高速數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品和兩套點(diǎn)波束天線，提升了數(shù)據(jù)下行能力。

5米光學(xué)衛(wèi)星增加了海岸藍(lán)波段、黃波段、紅邊波段和近紅外波段，在水體監(jiān)測(cè)、地表類型識(shí)別、植被參數(shù)計(jì)算、作物養(yǎng)分含量、植被病害和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面表現(xiàn)優(yōu)異。

衛(wèi)星光譜獲取能力突出，高光譜載荷可實(shí)現(xiàn)166個(gè)譜段的數(shù)據(jù)同時(shí)獲取和下傳，可應(yīng)用于地礦勘探、土地監(jiān)管過(guò)程中地物信息定量化提取和識(shí)別，滿足自然資源遙感對(duì)山、水、林、田、湖、草等綜合要素監(jiān)測(cè)及更多應(yīng)用領(lǐng)域需求。

首個(gè)衛(wèi)星離軌帆將驗(yàn)證太空垃圾清理技術(shù)

9月12日，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心，長(zhǎng)征四號(hào)乙火箭成功實(shí)施了一箭三星發(fā)射，其中一顆搭載星為“金牛座納星”，該星主載荷是衛(wèi)星離軌帆裝置，旨在驗(yàn)證薄膜帆高效收攏和在軌展開(kāi)技術(shù)，并實(shí)測(cè)離軌效果。

衛(wèi)星由航天科技集團(tuán)八院805所所屬上海埃依斯航天科技有限公司研制，離軌帆裝置由集團(tuán)公司空間結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（依托805所）研制，是我國(guó)首個(gè)標(biāo)配式衛(wèi)星離軌帆裝置。

一.小身軀大效用，大大加速?gòu)U棄航天器離軌

本次采用的2.5平方米的薄膜帆收攏成一個(gè)高爾夫球大小的模塊，布置在小衛(wèi)星發(fā)射筒內(nèi)空隙部位。從外形看來(lái)，這個(gè)裝置并不起眼，但這正是它的亮點(diǎn)之一。

805所設(shè)計(jì)師介紹，該裝置采用了先進(jìn)的微米級(jí)薄膜折疊收攏技術(shù)，展收比達(dá)到了國(guó)際一流水平，不占用小衛(wèi)星的自身包絡(luò)，可加裝至各類成熟的小衛(wèi)星平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了真正的標(biāo)配化設(shè)計(jì)理念。

離軌帆的主要功能是避免廢棄航天器成為太空垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前地球軌道上因人類航天活動(dòng)產(chǎn)生的空間碎片總數(shù)量達(dá)上億個(gè)，總質(zhì)量高達(dá)數(shù)千噸，對(duì)航天器的安全構(gòu)成威脅。

國(guó)際上開(kāi)展了多種旨在減緩空間碎片的研究，包括薄膜帆、電動(dòng)力繩索、激光和太陽(yáng)能等空間碎片清除技術(shù)。設(shè)計(jì)師介紹，在各類技術(shù)中，薄膜離軌帆技術(shù)成本低、成熟度高，并且可以在不同軌道和規(guī)格的各類航天器中適用，最有希望產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

設(shè)計(jì)師介紹，離軌帆裝置隨衛(wèi)星一同入軌，在衛(wèi)星壽命結(jié)束后啟動(dòng)帆面解鎖指令，展開(kāi)大面積薄膜帆面，利用增大的氣動(dòng)阻力，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行減速降軌，加速衛(wèi)星軌道衰減，從而進(jìn)入稠密大氣層燒毀，達(dá)到太空垃圾清除目的。

二.低成本高水準(zhǔn)，脫胎于深空探測(cè)太陽(yáng)帆技術(shù)

薄膜帆作為一種輕質(zhì)大面積薄膜結(jié)構(gòu)，在相同的離軌效率下，其成本優(yōu)勢(shì)明顯。相比于配置推力器等主動(dòng)離軌裝置，薄膜帆以不到航天器研制成本5%的代價(jià)，提供了有效的離軌手段。

設(shè)計(jì)師介紹，目前星座計(jì)劃層出不窮，未來(lái)在近地軌道會(huì)發(fā)射越來(lái)越多的小衛(wèi)星，25平方米的薄膜帆可以滿足絕大部分低軌小衛(wèi)星的快速離軌需求。并且，對(duì)于一些軌道更低、質(zhì)量更小的衛(wèi)星，該裝置可以進(jìn)一步小型化以降低成本。此外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在針對(duì)不同軌道高度、不同質(zhì)量衛(wèi)星的離軌需求，開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)型的系列化產(chǎn)品，成本有望進(jìn)一步降低。

在開(kāi)展此次驗(yàn)證試驗(yàn)之前，805所已做了十余年的相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備。“十二五”期間，該所承擔(dān)了國(guó)家民用航天預(yù)研項(xiàng)目“深空探測(cè)太陽(yáng)帆技術(shù)”研究項(xiàng)目，提出了太陽(yáng)極區(qū)探測(cè)的太陽(yáng)帆方案，并突破了高性能復(fù)合材料支撐桿、柔性大變形結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析和大撓性結(jié)構(gòu)展收控制等關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)市場(chǎng)上逐漸增多的小衛(wèi)星和微納衛(wèi)星，并基于空間碎片減緩需求，該團(tuán)隊(duì)研制了標(biāo)配式離軌薄膜帆產(chǎn)品。

國(guó)資小新微信公眾號(hào)（ID：guozixiaoxin）