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(guān)天測地有絕招

　　光明日報記者 崔興毅

　　2月27日7時(shí)44分，我國在酒泉衛星發(fā)射中心采用長(cháng)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組衛星是《國家民用空間基礎設施中長(cháng)期發(fā)展規劃（2015-2025年）》中首個(gè)立項的科研衛星工程，由A、B星組成。A星已于1月26日在酒泉衛星發(fā)射中心成功實(shí)施發(fā)射，目前正按計劃開(kāi)展在軌測試，衛星相關(guān)功能性能正常。B星入軌后，將單獨開(kāi)展在軌測試，再與A星進(jìn)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，在軌應用干涉測高和差分形變測量技術(shù)，可實(shí)現重軌干涉形變測量、雙星編隊干涉測高及單星成像等功能，完成地表形變測量、數字高程模型獲取等主要觀(guān)測任務(wù)，具有全天候、全天時(shí)、多模式、多極化等特點(diǎn)，支持和服務(wù)國土資源、地震、防災減災、基礎地理信息獲取、林業(yè)等應用需求，可形成重大災害快速反應能力。

　　在太空“花滑”的雙星，有哪些觀(guān)天測地的絕招？

　　雙星繞飛模式的控制是難點(diǎn)

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

　　要精確地看出一段時(shí)間內高山、植被的高度變化情況，需要兩顆衛星每經(jīng)歷一個(gè)回歸周期后，必須回到同一目標點(diǎn)，并且保持同樣的相對位置關(guān)系進(jìn)行觀(guān)測。這根無(wú)形的“基線(xiàn)”也是一把標尺，規定了雙星在每次到達預定觀(guān)測地點(diǎn)的相對位置關(guān)系。“繞飛時(shí)，兩顆衛星距離相近，同時(shí)觀(guān)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。”

　　據王文妍介紹，A、B雙星還會(huì )根據所測繪地區緯度的不同進(jìn)行編隊構形的變化，實(shí)現“主角”“配角”的切換。“比如說(shuō)，低緯度測繪的時(shí)候，是B星以一定的距離和角度相對A星運轉；到中緯度的時(shí)候，會(huì )變成A星以另一種狀態(tài)相對B星運轉，這樣可以最大限度發(fā)揮兩顆衛星的工作能力，達到使用最優(yōu)觀(guān)測基線(xiàn)實(shí)現全國陸地觀(guān)測的效果。”

　　讓衛星在太空展現完美“舞姿”

　　由于陸地探測一號01組衛星的雙星“體重”都超過(guò)了3噸，無(wú)法用“一箭雙星”的方式同時(shí)將兩顆衛星發(fā)射升空。據介紹，B星發(fā)射后，姿軌控分系統的首要任務(wù)是讓B星努力“接近”A星，使兩星從入軌初期相距上萬(wàn)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)射后軌道調整的工作量和燃料消耗，姿軌控分系統研制團隊從提高兩次發(fā)射的重復入軌精度入手，對發(fā)射窗口進(jìn)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(diǎn)火時(shí)間精準“拿捏”，使B星最大限度地“重走”A星的入軌之路。

　　“衛星在軌飛行控制策略的正確性和長(cháng)期穩定運行能力的驗證，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組衛星姿軌控任務(wù)執行周期長(cháng)，地面半物理仿真試驗采用了實(shí)時(shí)仿真運行方式，如何在有效的研制周期內，確保關(guān)鍵控制過(guò)程的測試全覆蓋與正確性，是最大的難點(diǎn)之一。“只有地面功夫做得足，才能讓衛星在太空展現最完美的舞姿。”

　　研制團隊創(chuàng )新性地提出了基于高精度數字衛星的雙星半物理編隊仿真系統、長(cháng)周期快速編隊仿真測試方法以及高精度外部時(shí)鐘校時(shí)技術(shù)，解決了多個(gè)實(shí)時(shí)仿真操作系統時(shí)間基準復雜、難統一的難題，將系統內各仿真時(shí)鐘精度控制在毫秒級，確保了時(shí)差的一致性和穩定性。

　　共舞的雙星如何實(shí)現高精度地形測繪

　　“根據雙星干涉測高要求，雙星在太空需時(shí)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(dòng)作的精準穩定，還要兼顧雙人動(dòng)作的協(xié)調配合。與數分鐘的表演不同，衛星在軌需要在任務(wù)周期內克服各類(lèi)復雜干擾因素的影響，實(shí)現穩定運行。”衛星副總設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星三維姿態(tài)導引與控制、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(shí)時(shí)編隊構形的三維姿態(tài)導引與控制技術(shù)，可有效提升陸地探測一號01組雙星長(cháng)基線(xiàn)編隊飛行時(shí)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(shí)進(jìn)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。”衛星副總設計師王宇介紹。

　　共舞的雙星如何實(shí)現高精度地形測繪？

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

　　“我們應用了波的干涉原理，兩顆衛星中一顆發(fā)射雷達信號，當兩顆衛星同時(shí)接收到地面回波后，通過(guò)處理就可以反演得到地面與兩顆衛星之間的距離差，進(jìn)而獲取地面的高程信息。”據悉，陸地探測一號01組是全球首個(gè)L波段分布式編隊多極化干涉SAR測高衛星系統，地面觀(guān)測分辨率達到米級，地面高程測量精度滿(mǎn)足1：50000比例尺標準。可為我國自然資源調查體系構建、全球地理信息資源建設與更新、高精度地形數據更新提供重要的技術(shù)支撐。