中科院長(zhǎng)春光機(jī)所：天繪一號(hào)的背后

①天繪一號(hào)測(cè)繪相機(jī)


②彝良地震后天繪一號(hào)融合影像



③釣魚島衛(wèi)星圖



④鳥巢天繪一號(hào)融合影像

長(zhǎng)春光機(jī)所供圖



賈平

目前，已經(jīng)升空的天繪一號(hào)01星、02星、03星工作狀態(tài)相同，就像三只“千里眼”，獲取了大量高分辨率影像資料，主要用于科學(xué)試驗(yàn)、國(guó)土資源普查、地圖測(cè)繪、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。

近日，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，天繪一號(hào)03星成功發(fā)射，并順利進(jìn)入預(yù)定軌道。中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春光機(jī)所）研制的光學(xué)載荷也隨天繪一號(hào)03星升空，并成功獲取影像清晰、層次分明的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)。

此前，天繪一號(hào)01星、02星分別于2010年8月24日、2012年5月6日發(fā)射。長(zhǎng)春光機(jī)所所長(zhǎng)、天繪一號(hào)光學(xué)有效載荷項(xiàng)目總指揮賈平在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說：“天繪一號(hào)是我國(guó)第一代傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星，三顆衛(wèi)星的光學(xué)有效載荷（測(cè)繪相機(jī)分系統(tǒng)和高分辨率相機(jī)分系統(tǒng)）均由長(zhǎng)春光機(jī)所獨(dú)家研制。”

航天測(cè)繪新突破

從1992年開始，長(zhǎng)春光機(jī)所科研人員就和測(cè)繪專家接觸，探討航天立體測(cè)繪的技術(shù)。

長(zhǎng)春光機(jī)所在光學(xué)儀器領(lǐng)域擁有多年的技術(shù)積累。1996年，在國(guó)家高技術(shù)航天領(lǐng)域研究項(xiàng)目（遼西春小麥衛(wèi)星搭載遺傳變異規(guī)律的研究）的支持下，長(zhǎng)春光機(jī)所進(jìn)行了傳輸型三線陣CCD立體測(cè)繪原型樣機(jī)的預(yù)研工作。“原型樣機(jī)經(jīng)航空飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足任務(wù)要求。”賈平告訴記者。

2000年，“立體測(cè)繪微小衛(wèi)星高可靠嵌入式分布處理/自主管理控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”立項(xiàng)，支持了“探索一號(hào)”立體測(cè)繪微小衛(wèi)星演示驗(yàn)證項(xiàng)目。據(jù)賈平介紹，當(dāng)年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)為衛(wèi)星總體，長(zhǎng)春光機(jī)所負(fù)責(zé)承擔(dān)衛(wèi)星載荷三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)研制。

賈平對(duì)此工作的評(píng)價(jià)是：“2004年‘探索一號(hào)’立體測(cè)繪微小衛(wèi)星的成功發(fā)射，再次驗(yàn)證了航天三線陣CCD立體測(cè)繪的技術(shù)可行性。”

根據(jù)國(guó)家測(cè)繪任務(wù)需求以及多年來在航天立體測(cè)繪載荷研制方面的技術(shù)積累，長(zhǎng)春光機(jī)所最終成功爭(zhēng)取到了中國(guó)第一代傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星——天繪一號(hào)衛(wèi)星有效載荷的研制任務(wù)。

“傳輸型衛(wèi)星于壽命期內(nèi)在軌道長(zhǎng)期運(yùn)行，直接獲取數(shù)字影像數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)下傳到地面接收站，省去了返回式衛(wèi)星的回收、膠片沖洗、數(shù)字化等工作過程。”天繪一號(hào)光學(xué)有效載荷主任設(shè)計(jì)師劉金國(guó)告訴記者，“傳輸型測(cè)繪衛(wèi)星，對(duì)測(cè)繪工作要求的全覆蓋、快速更新極為有利，是實(shí)現(xiàn)航天測(cè)繪的有力手段。”

三星組網(wǎng)精度高

據(jù)劉金國(guó)介紹，天繪一號(hào)衛(wèi)星光學(xué)有效載荷包括測(cè)繪相機(jī)和高分辨率相機(jī)。其中，測(cè)繪相機(jī)包括三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)、四譜段多光譜相機(jī)。

這里的三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)以三線陣、三視角攝影為主，輔以小面陣成像，相機(jī)相互幾何位置關(guān)系的穩(wěn)定性是保證相機(jī)在軌工作的前提條件，因此，構(gòu)建測(cè)繪相機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)——測(cè)繪基座的結(jié)構(gòu)形式和幾何穩(wěn)定性是三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)研制工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

劉金國(guó)告訴記者：“我們攻克了線陣+面陣（LMCCD）體制的三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)結(jié)構(gòu)，解決了動(dòng)態(tài)攝影測(cè)量中的航線立體模型扭曲、高程精度差的難題，以新穎的LMCCD配置解決了傳輸型光學(xué)攝影測(cè)量衛(wèi)星難以實(shí)現(xiàn)無地面控制點(diǎn)的高精度攝影測(cè)量的問題。”

衛(wèi)星搭載的高分辨率相機(jī)具有分辨率高、覆蓋范圍寬、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，與三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)相結(jié)合，可對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行高分辨率影像獲取，增強(qiáng)地物的詳細(xì)測(cè)繪和修測(cè)能力，提高衛(wèi)星的整體應(yīng)用價(jià)值。

目前，已經(jīng)升空的天繪一號(hào)01星、02星、03星工作狀態(tài)相同，就像三只“千里眼”，獲取了大量高分辨率影像資料。

劉金國(guó)介紹說，天繪一號(hào)主要用于科學(xué)試驗(yàn)、國(guó)土資源普查、地圖測(cè)繪、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。現(xiàn)在，01星和02星已超期“服役”，和03星組網(wǎng)運(yùn)行，能縮短重訪周期，增大旁向覆蓋寬度，對(duì)測(cè)繪要求的圖像寬覆蓋、長(zhǎng)條帶有利，可大大提高衛(wèi)星工作效率，更有利于保證測(cè)繪精度。

天繪寶寶傳佳話

在天繪一號(hào)三顆星的光學(xué)有效載荷正常工作的背后，凝聚著長(zhǎng)春光機(jī)所老中青三代科研團(tuán)隊(duì)的付出和努力。

這支團(tuán)隊(duì)由賈平帶領(lǐng)的指揮線和劉金國(guó)帶領(lǐng)的技術(shù)線組成兩師系統(tǒng)，退休主任研究員郝志航為項(xiàng)目首席科學(xué)家。從原來的單一任務(wù)，發(fā)展到同時(shí)承擔(dān)和參與3～4項(xiàng)任務(wù)，團(tuán)隊(duì)人員結(jié)構(gòu)也日趨完善合理。

“隨著承接任務(wù)的增多，團(tuán)隊(duì)的青年科研人員成長(zhǎng)突飛猛進(jìn)，并不斷吸收新的力量，整體技術(shù)實(shí)力得以提升。”劉金國(guó)指出，“團(tuán)隊(duì)多人獲得博士學(xué)位，并晉升為研究員。”

天繪一號(hào)光學(xué)有效載荷項(xiàng)目在長(zhǎng)春光機(jī)所運(yùn)行9年間，項(xiàng)目組不少科研人員也經(jīng)歷了結(jié)婚生子的人生旅程，其中有六七個(gè)孩子出生于天繪一號(hào)相機(jī)（01星）初樣階段，這些孩子在長(zhǎng)春光機(jī)所有一個(gè)共同的名字——天繪寶寶。

郭疆就是其中一名天繪寶寶的父親，他也是天繪一號(hào)光學(xué)有效載荷的副主任設(shè)計(jì)師。2009年正月初二，初為人父的郭疆本來應(yīng)該護(hù)送妻兒出院回家，然而他卻沒有準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)在醫(yī)院，而是堅(jiān)守在長(zhǎng)春光機(jī)所空間樓的測(cè)繪標(biāo)定實(shí)驗(yàn)室。

“當(dāng)時(shí)天繪一號(hào)相機(jī)已經(jīng)進(jìn)入初樣階段，團(tuán)隊(duì)幾十個(gè)人都在日夜兼程地趕工，作為他們的一分子，我沒有理由離開崗位。”在天繪一號(hào)科研團(tuán)隊(duì)，滿懷對(duì)妻兒深深歉意的又何止郭疆一人。

9年來，天繪一號(hào)科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成長(zhǎng)壯大，他們還將按照長(zhǎng)春光機(jī)所發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)一步夯實(shí)團(tuán)隊(duì)技術(shù)基礎(chǔ)，為解決國(guó)家重大需求作出自己的貢獻(xiàn)。