星載一體化技術(shù)、載荷平臺融合設計等，讓長(cháng)光衛星生產(chǎn)的衛星“體重”大幅降低——“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛星的1/10
科學(xué)合理分解衛星形成過(guò)程，對衛星實(shí)施批量化生產(chǎn)，可進(jìn)一步解放人力、降低成本?！斑^(guò)去在衛星系統測試環(huán)節，一顆星需要兩個(gè)人、兩個(gè)月完成，如今6顆星并行測試，一個(gè)人、一個(gè)月即可完成?！?/p>
“吉林一號”星座可對全球任意地點(diǎn)實(shí)現每天23到25次重訪(fǎng)
從北斗衛星導航系統到天問(wèn)一號火星探測器，從嫦娥工程到中國空間站建設，從火箭不斷升級到頻繁成功發(fā)射各種各樣的衛星，中國航天事業(yè)近年捷報頻傳，書(shū)寫(xiě)著(zhù)航天人的“中國夢(mèng)”。
對很多人而言，包括衛星在內的航空航天領(lǐng)域一直比較神秘，對其認知大都來(lái)自教科書(shū)、電視畫(huà)面、手機視頻。諸如一顆衛星有多重、一顆衛星值多少錢(qián)等問(wèn)題，還沒(méi)有準確的答案。
作為中國第一家商業(yè)遙感衛星公司，以及東北首家、吉林省唯一的獨角獸企業(yè)，年輕的高科技公司長(cháng)光衛星技術(shù)股份有限公司（下稱(chēng)長(cháng)光衛星），正在作出自己的回答。
“吉林一號”星座加速組網(wǎng)
8月10日12時(shí)50分，我國在太原衛星發(fā)射中心使用長(cháng)征六號遙十運載火箭，將眉山“天府星座”（“吉林一號”高分03D35-41星）、云遙一號04-08星（“吉林一號”紅外A01-05星）等16顆衛星發(fā)射升空，衛星順利進(jìn)入預定軌道，發(fā)射任務(wù)圓滿(mǎn)成功。
此次發(fā)射任務(wù)，創(chuàng )下單次發(fā)射“吉林一號”衛星數量最多的紀錄。
16顆衛星入軌后，將與在軌的54顆“吉林一號”衛星組網(wǎng)。至此，“吉林一號”在軌衛星數量增至70顆，標志著(zhù)“吉林一號”星座第一階段建設任務(wù)圓滿(mǎn)完成。
據悉，這16顆衛星的投入使用，將顯著(zhù)提升“吉林一號”星座的數據獲取和信息服務(wù)能力。
“吉林一號”是我國首組自主研發(fā)的商用遙感衛星星座，由長(cháng)光衛星自主研發(fā)運營(yíng)。
長(cháng)光衛星是一家從科研院所——中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所（下稱(chēng)長(cháng)春光機所）走出的企業(yè)。
長(cháng)春光機所始建于1952年，是新中國成立的第一個(gè)以光學(xué)為主要研究領(lǐng)域的科研機構。該所曾先后參加“兩彈一星”“載人航天工程”等多項國家重大工程項目，為我國國防建設、經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步作出重要貢獻，被譽(yù)為中國“光學(xué)的搖籃”。
2005年，時(shí)任長(cháng)春光機所所長(cháng)的宣明跟大家分析，通過(guò)對國內外發(fā)展形勢的調研，航天事業(yè)一定會(huì )從計劃經(jīng)濟走向市場(chǎng)經(jīng)濟，以載荷為核心的整星設計技術(shù)就是走向市場(chǎng)的“敲門(mén)磚”，所里可通過(guò)相關(guān)技術(shù)積累，讓其產(chǎn)生更多經(jīng)濟效益。
精于制造光學(xué)相機，但從未制造過(guò)衛星，長(cháng)春光機所要不要跨過(guò)這個(gè)關(guān)口？幾番討論，他們最終決定突破自我，爭取掌握“造衛星”的核心技術(shù)。
此后十年，團隊摸著(zhù)石頭過(guò)河，起早貪黑默默干，攻克了衛星平臺和載荷結構一體化、熱控一體化、快速集成測試技術(shù)等一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)。
2014年，相關(guān)技術(shù)終于成熟，是考慮商業(yè)化運作的時(shí)候了。
這年12月，長(cháng)光衛星正式成立。公司由吉林省政府、長(cháng)春光機所、社會(huì )資本及技術(shù)骨干等共同出資，總注冊資金19.7億元。
長(cháng)光衛星正式運行后，生產(chǎn)和發(fā)射小衛星的工作緊鑼密鼓展開(kāi)。2015年10月，公司自主研發(fā)的“吉林一號”組星成功發(fā)射，開(kāi)創(chuàng )了我國商業(yè)衛星應用的先河，同時(shí)也創(chuàng )造了由一個(gè)研發(fā)團隊一箭成功發(fā)射四星的歷史。
“吉林一號”衛星是我國第一顆自主研發(fā)的商用高分辨率遙感衛星，我國第一顆自主研發(fā)的“星載一體化”商用衛星，我國第一顆自主研發(fā)的米級高清動(dòng)態(tài)視頻衛星，也是我國第一次以靈巧方式在軌成功成像、國產(chǎn)CMOS第一次在軌技術(shù)驗證。
自2015年10月一箭四星發(fā)射成功以來(lái)，“吉林一號”星座工程已進(jìn)行21次發(fā)射。
給衛星降“體重”
長(cháng)光衛星黨委書(shū)記、副總經(jīng)理賈宏光介紹，2015年升空的一組四顆“吉林一號”衛星的生產(chǎn)，跨過(guò)傳統的“平臺加載荷”設計方式，采用星載一體化技術(shù)。
賈宏光分析說(shuō)，傳統的“平臺加載荷”設計，載荷和平臺界限分明，載荷要根據平臺的設計調整，衛星的重量、體積難以靈活安排。而星載一體化技術(shù)增加了載荷設計的靈活性，重量、體積可通過(guò)設計進(jìn)一步下降?！巴瑯右粋€(gè)亞米級衛星，我們把重量控制到400多公斤，衛星研制成本大約在8000萬(wàn)元?！?/p>
這還遠遠不夠——對商業(yè)衛星來(lái)說(shuō)，成本依舊太高。據了解，“星載一體化”設計雖然實(shí)現了以載荷為中心，平臺圍繞載荷需求，但仍保留了較多獨立結構功能，電子學(xué)軟硬件也只是部分集成。
為符合商業(yè)化發(fā)展路線(xiàn)、進(jìn)一步降低成本，長(cháng)光衛星以技術(shù)創(chuàng )新為手段，從星載一體化技術(shù)向載荷平臺融合設計邁進(jìn)。
2019年發(fā)射的“吉林一號”高分03A星，第一次采用“載荷平臺融合設計”理念，大幅減少平臺結構，電子學(xué)軟硬件高度集成，有效載荷比顯著(zhù)提升。
長(cháng)光衛星綜合電子研究室主任鄒吉煒介紹，從原始機理設計上，電子學(xué)很多部組件可共用一個(gè)處理器，確保電路上節省很多空間，進(jìn)一步降低成本。從結構設計上，過(guò)去很多執行單一結構功能的部組件被賦予更多功能。比如相機遮光罩既可作為相機系統隔離雜散光的遮光罩使用，同時(shí)還能作為整星承力結構進(jìn)行整星部組件的安裝。
空間節省后，衛星“體重”大幅降低。據悉，“吉林一號”高分03星“體重”已降至40公斤，重量只有第一代衛星的1/10，但降重量不降指標，分辨率始終保持在0.75米的高水平。
“重量降低，火箭運載成本隨之減少。過(guò)去能發(fā)射一顆星的價(jià)格，如今可以發(fā)射10顆星?！辟Z宏光說(shuō)。
從單星研制到批量生產(chǎn)
降成本的秘訣不光是給衛星“減重”。
據了解，長(cháng)光衛星起初采用單星生產(chǎn)模式，即整個(gè)研發(fā)隊伍全部圍繞一顆星的各項工作從事研發(fā)、組裝、實(shí)驗等任務(wù)。
為進(jìn)一步降低成本并提升星座規模，自2018年起，長(cháng)光衛星開(kāi)始試水從單星研制到批量生產(chǎn)。
鄒吉煒說(shuō)，實(shí)施批量化生產(chǎn)，要科學(xué)合理分解衛星形成過(guò)程，具體可分為單機部組件生產(chǎn)、系統測試和總裝及環(huán)境試驗三個(gè)環(huán)節，總裝及環(huán)境試驗環(huán)節形成脈動(dòng)流水化模式，進(jìn)行批量化生產(chǎn)、測試，可進(jìn)一步解放人力、降低成本。
鄒吉煒表示：“過(guò)去在衛星系統測試環(huán)節，一顆星需要兩個(gè)人、兩個(gè)月完成，如今6顆星并行測試，一個(gè)人、一個(gè)月即可完成。生產(chǎn)效率大大提升?！?/p>
目前，隨著(zhù)低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)建設，國內更多商業(yè)企業(yè)都已開(kāi)啟批量化、低成本之路。
越來(lái)越廣泛的應用場(chǎng)景
如今，長(cháng)光衛星應用領(lǐng)域正在拓寬、社會(huì )需求持續走高。
近日，長(cháng)光衛星研發(fā)的共生地球APP正式上線(xiàn)。共生地球是“吉林一號”星座最新孵化的一款國產(chǎn)衛星影像地理信息應用，受到用戶(hù)好評。
翱翔天空的“吉林一號”衛星，活躍在農業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。它時(shí)刻關(guān)注農作物的生長(cháng)期，經(jīng)過(guò)處理的衛星影像，可對農作物進(jìn)行長(cháng)勢分析、墑情分析和受災情況判斷。據悉，長(cháng)光衛星已與吉林省梨樹(shù)縣等地合作，應用衛星遙感技術(shù)助力農業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
林業(yè)資源是我國最寶貴的自然資源之一。當前，衛星遙感技術(shù)在林業(yè)應用的廣度和深度逐漸擴大，為我國林業(yè)資源的保護與管理提供了有力保障。比如，長(cháng)光衛星依托“吉林一號”衛星星座全天時(shí)、全天候、全譜段數據獲取能力，充分利用衛星遙感、大數據、人工智能技術(shù)及天空地一體化手段，開(kāi)發(fā)林業(yè)資源分布與變化監測、森林火災預警與監測、森林病蟲(chóng)害監測等系列“吉林一號”林業(yè)遙感與林業(yè)業(yè)務(wù)深度融合的監測服務(wù)產(chǎn)品，構建林業(yè)資源智能化監測和智慧化管理服務(wù)體系。
最新成功發(fā)射的眉山“天府星座”東坡01-07號、“河南一號”“西安航投一號”“浦銀一號”輕小型高分辨光學(xué)遙感衛星，具有低成本、低功耗、低重量、高分辨的特點(diǎn)。其中，眉山“天府星座”是中國首個(gè)以智慧城市為主題的衛星星座，將廣泛用于農田水利、自然資源、交通建設、文化旅游、應急防災等領(lǐng)域，為智慧城市建設提供有力支撐和保障。
“天津濱海一號衛星”“云遙一號”04-08星，是長(cháng)光衛星和天津云遙宇航科技有限公司聯(lián)合研制的新型觀(guān)測小衛星，有效載荷為長(cháng)波紅外相機，可對海洋、熱點(diǎn)目標及大氣層進(jìn)行探測，獲取目標的輻射度信息，進(jìn)而根據大氣、陸地及海洋等模型對目標實(shí)現紅外輻射特性的測量。據了解，這六顆衛星具備研制周期短、集成度高、重量輕、體積小、性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)，在軌業(yè)務(wù)化運行后將廣泛應用于氣象預報、搜索跟蹤、火點(diǎn)監測、大氣探測等方面。
賈宏光介紹，“吉林一號”星座可對全球任意地點(diǎn)實(shí)現每天23到25次重訪(fǎng)，可為農林生產(chǎn)、環(huán)境監測、智慧城市、地理測繪、土地規劃等各領(lǐng)域提供高質(zhì)量的遙感信息和產(chǎn)品服務(wù)。
這意味著(zhù)，依托“吉林一號”遙感數據，長(cháng)光衛星利用人工智能算法，實(shí)現了全國地表分類(lèi)的精準化、自動(dòng)化更新，可以在線(xiàn)完成建筑、道路、水體、林木以及不同類(lèi)型農作物的自動(dòng)識別，識別精度超過(guò)95%。
“吉林一號”星座正按計劃擴大規模。賈宏光說(shuō)，預計“十四五”期間，“吉林一號”將實(shí)現138顆衛星組網(wǎng)?！皩脮r(shí)，‘吉林一號’衛星星座的服務(wù)能力將大幅提升，為用戶(hù)提供更豐富、更高效的遙感信息服務(wù)，為大眾生活帶來(lái)更多便利?！? ?。ㄓ浾?張建 孟含琪）
