由中国航天科技集团有限公司五院抓总研制的世界首颗进入工程实施阶段的高轨合成孔径雷达卫星——陆地探测四号01星于8月13日成功发射，经过4次变轨后，于近日顺利进入工作轨道，合成孔径雷达（SAR）天线成功展开，完成了卫星入轨初期飞控试验主要工作，卫星工况正常，状态良好，后续将继续开展在轨测试等工作。陆地探测四号01星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》中的遥感科研卫星。研制团队在该卫星的工程研制中，首次创新提出了大口径环形反射面天线加相控阵馈源方案并实现工程化，同时带动了相关基础理论、系统设计和精密制造等方面技术进步。该星可服务防灾减灾及地震监测、国土资源勘察及海洋、水利、气象、农业、环保、林业等7个行业应用需求，是我国目前行业用户最多的遥感卫星。未来投入使用后，将进一步完善我国天基灾害监测体系，丰富我国重点区域观测手段，全面提升我国防灾减灾救灾综合水平。▲ 总台央视新闻报道：陆地探测四号01星进入工作轨道
陆地探测四号01星运行在3.6万公里高的倾斜地球同步轨道上，并且有着独树一帜的“长相”：它背着像“伞”一样的环形天线，通过这把“伞”向地面发射微波信号来感知地球信息。陆地探测四号01星发射入轨后，将凭借快速机动、高精度微波成像的特点深入防灾减灾工作，推动我国从注重灾后救助向注重灾前预防转变，总体提升我国对灾害的应急响应与救助支撑能力。我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一。2008年，我国先后发生了南方雪灾和汶川地震，给人民生产生活造成巨大影响。于是五院成立陆地探测四号01星研制团队，他们决心解决灾区影像难以快速获取问题，以卫星遥感技术支持用户应急决策，减少灾害对人民生命财产的影响。陆地探测四号01星总指挥、总设计师张庆君介绍，在陆地探测四号01星发射之前，高轨SAR仍是国际上的空白。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。自上世纪七八十年代起，多国先后研制发射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）SAR卫星相当于固定在地面上空的一个摄像头，可以全天时、全天候、不受极端天气条件的影响，对地进行观测，可以有效弥补低轨卫星在观测时间上的不足，在观测范围上也能对低轨卫星进行良好补充。“我们必须蹚出一条属于我们的高轨SAR路线。”没有成熟的经验借鉴，研制团队坚持自主创新，在张庆君的带领下，开展论证攻关。面对“SAR在高轨上能否成像”这个世界级难题，项目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。没有成熟经验，队员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，张庆君坦言，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。卫星副总设计师刘立平介绍，“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开展研究，对梳理出的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。”进行了大量技术调研，做了十几轮的方案论证，研制团队提出了基于抛物面天线的载荷方案。在此基础上，总体团队创造性地提出了“大型环形可展开抛物面天线+相控阵馈源”的星电联合扫描方案。传统的低轨SAR合成孔径时间为秒级，一般采用飞机等高速平台进行校飞试验，但高轨SAR百秒级的合成孔径时间需要采用低速平台才能完成验证。通过调研，研制团队找到一段废弃的铁轨，设计了一款可调节速度的“小车”用于装载天线，在滑轨上慢速滑行，模拟高轨SAR的百秒长合成孔径时间成像，最终获取到真实的长合成孔径时间的SAR图像，验证了高轨SAR成像机理的可行性。“为了让卫星更好服务于防灾减灾工作，我们充分利用高轨和微波两个特点，紧扣灾害发生特点和观测需求，为卫星精心设计了普查、区域、凝视、应急四种应用模式，为防灾减灾提供更精准专业的服务。”张庆君表示。由于“站得高、看得远”，卫星“普查模式”下幅宽几千公里，单次成像覆盖面积近1/6个中国，一眼望去就几乎获取整个长江流域的水文信息；“区域模式”下成像分辨率更高, 相关部门可利用“区域模式”对关注地区进行详细观测；“凝视模式”可对受灾区域开展持续多次观测；“应急模式”可以支撑多地灾害同时发生情况下的监测需求，哪里需要看哪里。天线是SAR载荷工作的关键。环形大天线展开面积接近一个篮球场地的面积，天线由桁架、金属网面、展开臂以及抱环等组成。坚挺的桁架围成一圈，坚定地守护着金属网面，金属网面在厂房灯光的照射下，发出熠熠的光芒。陆地探测四号01星装载的大口径环形展开反射器作为目前我国口径最大、结构最复杂、展开环节最多、研制周期最长的天线，每一次成功展开的背后都是研制人员对产品技术的吃透和对过程细节的严控。进入工程研制阶段，搭载着国内在轨最大直径的天线，还有又细又长的天线展开臂，如何飞上天成为了项目团队要攻克的首要难题。为此，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“U型环抱”着卫星“房子”，确保整星能够顺利搭乘火箭上天。虽然在陆地探测四号01星之前，已经有6副环形天线在轨成功飞行，项目团队积累了丰富的工程经验和充足的技术储备，但是研制团队并没有因此放松要求，针对陆地探测四号01星环形天线更大的口径指标要求，在研制之初，团队就对风险点进行了反复深入的分析与论证，通过提升传动效率和展开策略优化等诸多关键技术的应用，极大地提升了天线在轨展开裕度和展开可靠性。没有走过的路是未知而艰苦的，研制团队严慎细实对待每一次技术突破，取得一个又一个的胜利。陆地探测四号01星的成功发射，将为我国应急管理灾害监测提供极大的支撑，助力灾害数据获取能力实现跃升。
文/苗珊珊
图/高剑
编辑/刘淮宇 任长胜
校对/刘畅
监制/李东