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                慧眼閃耀太空 精確感知世界
                [ 發布時間:2017-11-30 ]   [ 信息來源: 《科技日報》 ]  [ 字號: ]

                  ——我國航天光學遙感器工程50年創新實踐紀實


                  遙感是空間探測的核心,光學遙感器則是人類開啟的明亮而銳利的“太空之眼”。黨的十八大以來,太空傳來的高清大片不斷見諸報端並在朋友圈走紅,彰顯出我國航天光學遙感事業的蓬勃發展態勢。高分專項成果頻現,“高一”填補我國高分辨率對地觀測空白,“高二”開啟我國民用遙感亞米級時代,“高四”占據靜軌高分辨率相機國際首席;商業遙感勢不可擋,高景一號相機0.5米分辨率比肩世界一流,珠海一號視頻相機為大數據行業提供高價值衛星數據……今年是我國發展航天光學遙感器工程50周年,作為我國空間光學遙感器的主要研制單位,中國航天科技集團公司五院508所不忘初心,牢記使命,歷經50年積澱,向黨和人民交出了一份值得驕傲的答卷。


                  開拓中奔跑:開啟先河,填補國內空白


                  1967年11月,負責我國第一顆返回式衛星遙感相機研制任務的“6711”工程組成立,也就是508所航天光學遙感器研制隊伍的前身。從此,我國航天光學遙感器研制邁出了歷史性的第一步。


                  工程組成員、國際宇航科學院楊秉新院士回憶說:“我國第一代膠片型航天光學遙感相機是以508所為主研制的。當時,技術上的一無所有是面臨的最大挑戰。”憑著滿腔創業激情,歷經八年奮戰,研制團隊突破了棱鏡掃描式可見光全景相機設計、制造、集成、測試和試驗等多項關鍵技術。


                  1975年11月26日,伴隨我國第一顆返回式衛星成功發射,我國第一代膠片型航天光學遙感相機成功應用,使我國成為世界上第三個獨立掌握航天相機技術的國家。1987年,508所又成功研制了我國第一臺航天測繪相機系統,使我國成為世界上第三個掌握航天測繪相機和第三個掌握畫幅式測地相機、星相機技術的國家。


                  508所所長陳虎談到:“研究所見證了我國航天光學遙感器工程的50年歷史,打造了多個國內和國際第一,並在21世紀前後的幾年時間裏,實現了我國航天光學遙感器工程的四大跨越。”


                  1999年,中巴地球資源衛星發射,這是我國發射的第一顆傳輸型對地觀測資源衛星。其中,星上多光譜CCD相機、紅外多光譜掃描儀均由508所研制,分別實現了我國航天光學遙感器從膠片型相機向傳輸型相機、從可見光相機向紅外相機的跨越。


                  當時,紅外相機是世界上只有幾個少數國家掌握的核心技術。談到研制過程的艱辛,陳虎說:“因為航天核心技術是買不來的,508所必須自力更生、自主創新。紅外相機研制曾經歷了三次大的技術反復,三次面臨夭折,研究所都頑強地挺過來了,最終實現了三大技術飛躍,使紅外相機達到了當時國際先進水平。”


                  在緊隨其後的2000年,508所又成功研制了我國資源二號衛星對地觀測相機,實現了航天光學遙感器從低分辨率相機向高分辨率相機的跨越,使我國對地觀測邁上了新臺階。2002年,研究所研制的四波段CCD海洋成像儀成功發射,這次則實現了從陸地探測向海洋探測的跨越,標誌著我國在海洋衛星遙感領域邁入了世界先進國家的行列。


                  創新中趕超:“高分”領銜,占據國際席位


                  2006年,我國將高分辨率對地觀測系統重大專項(簡稱高分專項)列入《國家中長期科學與技術發展規劃綱要(2006—2020年)》。2010年5月高分專項全面啟動,隨之而來的便是“高分衛星家族”頻頻占據新聞頭條。陳虎向記者介紹說,在這項被網民親切地稱為“中國人自己的全球觀測系統”工程中,508所承擔了8顆星的光學載荷任務,占高分專項光學載荷總數的74%。


                  2013年,508所研制的高分一號相機不僅填補了我國高分辨率對地觀測的空白,還做到了空間分辨率、多光譜和寬覆蓋的結合。它在全球中分辨率衛星中是觀測幅寬最寬的一顆,用4天時間就可以對全球完成拍攝。因在軌表現優異,2014年4月,高分一號衛星正式成為空間與重大災害國際憲章值班衛星,為世界範圍內的減災救災工作提供來自中國的衛星遙感數據。


                  青出於藍而勝於藍。2014年,高分二號衛星成功發射,星上兩臺1m全色/4m多光譜相機均由508所研制。相機采用“天地一體化”全新系統設計方法,使我國民用遙感圖像數據進入了亞米級時代。“高分一號相機的優勢在於視野遼闊,高分二號相機則是明察秋毫。從實際效果來看,在同等光學系統口徑下,高分二號相機分辨率比高分一號相機提高了1倍,從600公裏高空能清晰地看到馬路上的斑馬線。”陳虎說。


                  以更清晰地觀察世界為專業願景,508所打造更優質“天眼”的創新腳步不僅未停歇,而是不斷加大加快。2015年12月29日,我國向高軌道遙感領域進軍的首發星——高分四號衛星橫空出世。508所研制的相機不僅是我國也是國際首臺地球同步軌道高分辨率光學遙感相機,開創了多項國際第一和國內首次,將人類認知地球的能力帶到“高軌高分辨率”時代。


                  說起它,陳虎如數家珍:“視力好,在36000公裏高度能看見大海裏航行的郵輪;看得廣,以往的低軌道遙感相機一次看得下北京城,它一眼能裝下河南省;可以凝視成像,能持續監測火情、氣象變化。”2016年7月,高分四號相機觀測到的臺風“尼伯特”動圖,令網友們大呼震撼。


                  說起視力好,陳虎還提到研究所研制的高景一號相機。它傳回的高清圖像不僅質量達到國際一流水平,也標誌著我國首個完全自主研制的0.5米分辨率商業遙感衛星星座正式具備運營能力,正有力推動我國遙感技術真正融入政府管理、企業生產和大眾生活,打破我國高分辨率衛星遙感市場被國外壟斷的局面。


                  記者還了解到,填補我國民用空間測繪相機領域空白的資源三號01星相機同樣由508所研制。截至目前,該星已經為社會各行業用戶累計提供數億平方千米影像數據,直接經濟效益高達數十億元人民幣,從根本上改變了我國廣泛采購國外商用衛星影像數據進行測圖的現狀。


                  此外,與傳統空間光學遙感器的“大塊頭”不同,508所自主研制的CMOS系列相機走“輕小型”路線,已有幾十臺(套)產品在軌運行,成功率100%,支持了我國探月、導航等重大工程任務完美展現。我國首張地球全景彩色圖、首張地月合影,以及距地球700萬公裏之遙的小行星圖塔蒂斯圖片等,均為此類相機的作品。2017年,其中的視頻相機成功應用於珠海一號遙感衛星星座首發星,拍攝的飛機從馬德裏機場上空掠過的視頻在朋友圈走紅。


                  蛻變中騰飛:補齊鏈條,打造航母級基地


                  保持產業強勁的發展態勢,既要註重技術和工程的可實現性,又要有雄厚的基礎能力來保證。近些年來,508所持續深化能力建設工程,不斷補齊航天光學遙感器研制鏈條能力,建成了大型光學遙感工程中心、大口徑空間光學制造中心並投入使用,正在建設的超大型光學遙感中心竣工後,508所將成為亞洲最大、最先進的空間光學遙感器規模化研制航母基地。


                  陳虎告訴記者,在系統協作、專業分工格局下,508所在2012年之前並未涉足光學加工領域,光學加工一度成為遙感器研制鏈條中的短板。一場除產業短板的戰役在研究所內展開——2010年,大口徑空間光學制造中心工程開工;2012年,精密光學制造中心成立;2015年,我國首條大口徑鏡面數字化生產線在508所正式建成,具備了國內最高精度的光加能力。


                  如今,508所擁有國內技術最先進的超精密加工能力,擁有國內外領先的“超精密銑磨成型—智能機械手快速研拋—離子束納米修形”的大口徑非球面光學元件高端加工平臺,擁有一系列覆蓋光學元件研制全過程的光學加工檢測儀器設備,完整覆蓋光學元件研制工藝鏈路,具備Φ2m以下口徑平面、同軸非球面、離軸非球面等輕型光學元件的加工能力,即將具備Φ4m口徑光學元件加工能力。


                  2017年,508所在補齊航天光學遙感器研制鏈條上又有了新的大動作——探測器技術實驗室進行正式揭牌。陳虎談到,探測器是光學遙感器的核心器件,探測器研制能力已成為遙感器研制能力的核心體現之一。但長期以來,我國空間光學遙感器研制所需的探測器大量依賴國外進口,在很大程度上制約了空間光學遙感整體能力的拓展與提升。


                  為此,要滿足我國在光學遙感探測方面的縱深發展,必須具備自主研發高端探測器的能力,自主掌握知識產權,為我國航天光學遙感的發展提供堅實保障。研究所探測器技術實驗室就是在這種迫切需求下應運而生。


                  在探測器研究和研發上,508所瞄準國家重大戰略目標和國際探測器技術發展前沿,立誌不僅要滿足航天遙感對高分辨率、大幅寬、高靈敏度等方面的需求,有效地支撐我國型號項目應用,還要將自主創新的技術和產品推向國際市場,打造中國智造的又一名片,在未來國際競爭中占據一席之地。


                  陳虎說:“任務能力是核心競爭力,沒有能力,即使是一個大餡餅砸到腦袋上,也沒有本事吃下去。”經過50年航天光學遙感器研制歷史的磨礪,508所已具有遙感器設計、仿真、生產、測試、試驗、評價、在軌支持服務等全流程研制與應用能力,綜合研制能力具備年交付遙感器50臺/套以上,可從事從傳統折、反射式光學相機到空間可展開相機,從針孔相機到大口徑超大口徑相機,從紫外、可見光紅外相機到太赫茲光學相機,從多光譜成像到超光譜成像光學相機,從單通道到多通道、多維度光學相機等不同形式不同類型空間光學遙感器的研制,具備了快速響應用戶獨特需求的能力。


                  同時,508所擁有國內最大的在軌空間環境性能模擬試驗系統、寬動態範圍微光定標系統、高精度內方位元素測試系統、閃電場景仿真測試系統、高精度雜散光仿真測試系統等,能滿足不同光學載荷的評價測試需求。研究所自主開發的設計仿真軟件讓遙感器設計能力不斷邁上新臺階。比如,開發了空間光學遙感器集成分析設計系統,極大地提升了光學遙感器整體設計水平。EDA知識庫管理體系和高速仿真設計平臺應用於視頻成像電子學專業,提高了電路性能,促進了研制工作增產增效。


                  堅守中引領:牢記使命,新時代展現新作為


                  截至目前,研究所共為我國各類遙感衛星提供了150余臺(套)光學遙感器,占比超過在軌業務衛星中光學遙感器的80%。所有產品在軌表現均達到或優於設計要求,應用領域涉及對地觀測、航天測繪、資源開發、海洋探測、環境監測、氣象觀測、深空探測等多個領域,獲取的極具價值的信息資料在我國大发快三官网與國民經濟建設中發揮了重要價值。可以說,經過50年執著堅守,508所為我國航天光學遙感器工程作出了不可磨滅的貢獻,是我國在此領域的主力軍單位。


                  “黨的十九大提出了加強建設創新型國家,堅持走中國特色強軍之路、全面推進大发快三官网和軍隊現代化等要求,旗幟鮮明,振聾發聵。508所要牢記創新引領、強軍富國的神聖使命,堅持‘技術立所、技術強所’的發展宗旨,掌握核心技術,在新時代為建設科技強國、航天強國作出應有的貢獻。”陳虎表示。


                  508所將堅持主導空間光學遙感技術發展,鞏固發展宇航業務,充分利用市場機制做大航天技術應用產業,到2025年,建設成為專業化、市場化、產業化發展的研究所,成為國際領先的遙感系統解決方案提供商、面向全球市場的遙感核心產品供應商、全球重要的遙感數據應用服務商,具備世界一流的空間光學遙感器設計、制造、集成測試及在軌服務能力。


                  為進一步貫徹《國家創新驅動發展戰略綱要》,508所將實施“核心瓶頸突破”“基礎前沿加強”“產品性能提升”三大工程。具體而言,以大口徑空間光學系統、空間在軌建造、多溫區深低溫光學、高精度定量化光譜探測、高性能星載固體激光器、高性能探測器等一批集成度高、帶動作用強的戰略性技術群為突破口,全面提升核心競爭力;瞄準世界光學遙感科技前沿,在智能遙感技術、衍射光學成像技術、計算成像技術、新體制仿生成像識別一體化技術、背景紋影成像等顛覆性技術領域實現突破;夯實基礎,在基礎理論研究,基礎數據庫建設,設計方法優化,在軌數據應用等基礎能力上實現大幅提升;在技術繼承、固化、定型上下大氣力攻關,解決產品研制過程中面向產品實現的制造工藝、關鍵技術等問題,實現產品研制周期穩定、質量可控、成本低廉,建成面向國家重大工程、軍事航天裝備、國家民用空間基礎設施以及商業航天的有梯度、系列化遙感產品體系。


                  陳虎還談到,近些年,508所積極響應國家號召,積極推進航天技術應用轉化,以宇航型號為基礎轉化了多光譜相機、紫外搜救系統、河流遙感應用等多個民用產品,培育了環境試驗、小型飛行器回收、精密光學制造等領域多項技術。為貫徹十九大報告中提出的“堅持富國和強軍相統一”要求,508所將加強軍民融合深度發展,大力發展民用產業,做好技術、管理和商業模式的創新。


                  一方面,在所內實現“一所兩制”管理模式,構建“精小機關、強大實體”的事業部組織架構,使事業部成為產品責任和市場責任的主體,支撐航天技術應用產業發展。比如,嘗試將遙感領域整機產品開發與商業化、市場化接軌,將新成立的輕小型相機事業部作為研究所在商業遙感領域快速應對市場競爭、樹立品牌形象的前沿陣地,開發更多小型的民用的商業航天遙感載荷,實現軍民融合發展,推動軍轉民用。另一方面,打造創業平臺公司新模式,鼓勵有技術、有想法、有抱負的職工組成“離崗創業”的創業型團隊,對所屬公司采用“阿米巴”經營模式,公司本級只進行基本管理職能,由下屬的多個項目團隊作為獨立經營單元,實現從孵化項目走向事業部進而走向公司,最終走向市場走向產業化。


                  50年,自主創新、拼搏進取,一條由中國航天科技集團公司五院508所鑄就的航天光學遙感之路,仍在不斷向前延伸,並愈發光彩。站在新時代續航天夢、築強軍夢、圓中國夢的新起點,508所將以勇攀高峰、至高至遠的理想追求,向著“更清晰地觀察世界”的美好願景執著前行,圓夢騰飛!

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