國產太空神眼問世！可以在萬里太空看清航母甲板上有幾架飛機

近日有消息說中科院長春光機所日前在高精度大口徑輕質碳化硅反射鏡研製中取得新進展，預計在今年上半年完成光學鏡片的精細加工。如果工程進展順利，將會推進國家重點研發計劃專項同步軌道高分相機系統技術如期完成。

高精度大口徑輕質碳化硅反射鏡是同步軌道高分相機最重要組成部分，直接決定着分辨率等關鍵性能。因此該鏡片研製成功爲中國研製新一代同步軌道高分辨率衛星掃清了障礙，鋪平了道路。

▲同步軌道衛星可以"始終"盯住地球某個區域

同步軌道衛星運行週期與地球自轉週期相近，從地面上來看，衛星始終停留在宇宙空間某個位置。

這樣好處就是衛星可以連續對地面進行通信和觀測，不需要考慮衛星過頂問題。理論上三顆這樣的衛星就能實現對全球目標連續、實時通信和觀測。

當然達到這樣效果難度非常大，同步軌道距離地球非常遠，軌道高度3.6萬公里，需要多次變軌才能進入。另外從這麼遠距離精確識別出地面目標是一個非常大挑戰。要求衛星具備高精度姿態保持和指向能力，系統能夠承受宇宙空間惡劣環境，能夠抑制本身振動等方面不利影響。

星載信號/數據處理系統可以迅速對信息進行處理。正是因爲上述問題，世界各國和地區對於同步軌道高分辨率衛星有點望而生畏，即便美國、歐洲和俄羅斯到現在都沒有發射同步軌道高分辨率衛星。

▲國家高分四號同步軌道衛星

▲珠海航展公開的高分四號可視範圍

中國高分四號是當今第一顆同步軌道高分辨率衛星，它於2015年12月從中國西昌衛星發射中心發射升空，成功進入同步軌道，經過6個月測試，星載系統工作正常，2016年6月高分四號正式投入使用。

根據相關單位在2016年珠海航展公開資料，高分四號配備有可見光/紅外共口徑光學相機，這個相機既可以在白天工作，也能在夜晚惡劣氣候條件下工作，具有凝視、區域、機動巡查三種工作模式，可見光紅外通道分辨率優於50米，成像寬度優於500*500公里，紅外通道分辨率優於400米，成像幅寬優於400*400公里。

衛星數據主要用於海洋監測與評估、氣象天氣監測、林業調查與監測、地震監測與應急等領域對高時間分辨率遙感數據的需求，爲相關部門決策提供重要參考和依據。

通過高分四號衛星的研製，國內相關單位攻克了一系列技術難關，包括高軌光學遙感衛星總體設計、高軌衛星姿態快速機動、高穩定控制、星載綜合信息處理等等關鍵技術，爲下一步研製更高分率衛星打下了堅實的基礎。

▲歐洲或者在赫歇爾空間望遠鏡基礎上研製新一代同步軌道高分辨率衛星

▲美國準備採用可收放光學孔徑系統

前面說過鏡片是高步軌道高分辨率衛星關鍵和基礎。鏡片直徑越大，分辨率越高。不過鏡片越大，製造難度也就越大，任何微小突起或者裂紋都會降低鏡片性能。

根據相關資料，現代衛星相機光學片精度要求達到納米級，而一個原子直徑大約爲0.1納米，換句話說鏡片突起不能超過數十個原子高度，難度可想而知。長春光機所經過努力，成功製成直徑爲4米的高精度碳化硅非球面反射鏡，這是當今口徑最大的單體碳化硅反射鏡。

目前歐洲赫歇爾空間望遠鏡衛星光學鏡片最大，它的鏡片直徑大約是3.5米，有消息說歐洲就準備在赫歇爾基礎上研製新一代同步軌道高分辨率衛星。

▲歐空局認爲鏡片直徑在4米的話，分辨率大約在5-10米左右

海外資料據此認爲中國下一代同步軌道高分辨率衛星鏡片直徑大約在4米左右。歐洲航天局曾經提出一個類似同步軌道高分辨率衛星計劃，後者在主鏡片直徑爲4米情況下，空間分辨率大約可以達到5-10米左右。

這個指標已經能夠對大型目標進行詳細識別，例如海上大型艦船，不但可以發現目標，還能夠識別目標型號，甚至可以觀察甲板艦載機型號和數量。

限制同步軌道高分辨率衛星另外一個瓶頸是運載火箭整流罩空間和運載能力。此前國內這兩方面能力最強的運載火箭是長征3乙運載火箭，它的整流罩直徑爲4米,同步軌道運載能力爲5.5噸，這個指標無法發射鏡片直徑爲4米的大型衛星。隨着國產長征5號遠載火箭投入使用，這個問題迎刃而解。

長征5號整流罩直徑大約在5米左右，同步軌道運載能力超過10噸，這些指標發射大型同步軌道高分辨率衛星沒有太大問題。