造價超越兩艘遼寧艦!又一顆太空天眼誕生,10顆鎖眼衛星也比不了

上個月俄羅斯一顆編號為「宇宙-2543」的空間衛星以160公裡距離抵近編號「US-245」衛星，後者就是大名鼎鼎的鎖眼系列衛星最新批次產品。

談起鎖眼衛星無人不對其強悍性能刮目相看，該衛星搭載有一面3米量級大口徑反射鏡，對地觀測解析度可達0.1米，能夠清晰觀測地表的艦船、車輛、人員等目標。

鎖眼衛星外觀與哈勃望遠鏡相似

整星重量19.6噸，長19.5米，這一尺寸即便是兩艘聯盟載人飛船加起來在它面前也是相形見絀。然成也蕭何敗蕭何，鎖眼衛星之所以要造得這麼大，大口徑鏡片只是原因之一，更重要的原因是它無法克服高空間解析度與高時效觀測兩大矛盾需求。

鎖眼衛星部署於距離地面約800公裡的太陽同步軌道，雖然0.1米對地觀測解析度已經很高，但比解析度更重要的是高時效觀測。鎖眼相對於地面目標不是靜止，每天只能重訪一次同一目標，無法做到實時觀測。

快打快撤節奏下比解析度更重要的是時效

為了儘可能克服時效難題鎖眼被造得很大，因此可以裝載更多燃料用於軌道機動，對同一目標可以在短時間周期內實現多次重訪。

然而即便如此，鎖眼也不可能經常處於軌道機動狀態，因為近地軌道衛星隨著時間推移會逐漸下降軌道，此時就需要點火消耗燃料用以維持軌道。

近地軌道太空飛行器都面臨軌道衰減問題

那麼，有沒有辦法同時滿足高解析度觀測與高時效觀測兩大需求？答案：有。

目前我們的在軌運營衛星數量已經突破300顆，位列世界第二，其中近半數都是對地觀測衛星，可見需求是多麼迫切，對地觀測能力僅次於大洋彼岸。然而與其在近地軌道拼命追趕，不如結合最新技術另闢蹊徑。

在赤道上空約3.6萬公裡有一條地球靜止軌道，靜止軌道衛星角速度與地球自轉同步，因此相對於地面目標衛星處於靜止狀態。

距離地面約3.6萬公裡靜止軌道視角

早在四年多前的12月29日，西昌衛星發射中心使用一枚長徵三號乙運載火箭向地球靜止軌道發射了高分四號對地觀測衛星，該衛星定點於東半球赤道上空的靜止軌道，部署軌道高度是鎖眼衛星的45倍。

站得高看得遠，觀測範圍覆蓋三分之一個地球，高分四號衛星只需三顆即可實現全球覆蓋、全球實時觀測。

長徵三號乙

高分四號採用面陣凝視成像光學設備，依託東方紅四號衛星平臺研製，對地解析度50米，別看解析度數值相較於鎖眼衛星有著天壤之別，它卻突破了鎖眼衛星無法兼顧的高時效觀測瓶頸。同時在地球靜止軌道遙感衛星中，高分四號的解析度做到了世界領先水平，可廣泛應用於防災減災、農作物普查等業務。

高分四號在地球靜止軌道拍攝一張照片即可覆蓋16萬平方公裡，能夠分辨海面上航行的大型船舶，但無法完成海上目標屬性的精確識別。在與近地軌道遙感衛星協同工作，以及大數據解算下可以完成海上目標信息識別。

高分四號

有沒有一種地球靜止軌道衛星既能兼顧高時效觀測，又能兼顧高解析度對地觀測？答案：有。

高分四號也僅僅是一個開始，包括高分四號在內我們實際上在運作一個大計劃，這個計劃就是高分四號發射次年立項啟動的「靜止軌道高解析度成像相機系統技術」，前年下半年由中科院長春光機所設計製造的4米量級非球面碳化矽反射鏡就是這一計劃的成果，該成果具有世界領先水平。

製備大口徑光學鏡片的材料有很多，譬如微晶玻璃、熔石英、硼矽酸鹽、金屬鈹等，這些材料都各有所長，微晶玻璃與熔石英成熟度高是目前大多數空間光學望遠鏡的製備原料，硼矽酸鹽則主要用於地基望遠鏡。

大洋彼岸碳化矽反射鏡製造上限是3.5米

相比較而言碳化矽綜合性能最優，尤其是比剛度高、熱穩定性好，是新一代空間望遠鏡的理想製備材料，但製備難度也最大，國際上通常認為碳化矽反射鏡極限口徑是1.5米。

目前俄羅斯只能製備1米量級口徑碳化矽反射鏡，大洋彼岸則是3.5米，而我們的4米量級碳化矽反射鏡問世之後毫無疑問是站在了世界頂端。

4米量級輕質碳化矽非球面反射鏡

近日，長春光機所再次傳來喜訊，4米量級輕質碳化矽非球面反射鏡今年上半年完成精加工處理，意味著我們距離部署「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」又近了一步，這將是實現對地觀測能力跨越式發展的拳頭裝備。

為什麼說「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」具有跨越式發展價值？先來看看它的具體性能，4米量級輕質碳化矽非球面反射鏡直徑4.03米，對地觀測解析度相較於高分四號提高了整整20倍，達到2.5米解析度，在3.6萬公裡軌道實現近地軌道衛星解析度可以想見其技術難度有多麼巨大。

高分四號解析度提高20倍將是開創性成果

2.5米解析度意味著驅逐艦、護衛艦、坦克、裝甲車、飛彈發射車等所有大中小型軍用目標都在其視線之內，甚至艦載機都難逃它的法眼，是真正意義的「太空天眼」。

更重要的是「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」可以同時滿足高空間解析度與高時效觀測兩大矛盾需求，一顆衛星能對16萬平方公裡目標區實現分鐘級下傳最新高解析度圖像，價值之大即便是10顆鎖眼衛星也難以與之媲美，而這就是它的跨越式價值所在。

它的行蹤將被實時動態掌握

長春光機所4米量級碳化矽反射鏡有兩個信息披露節點，一個是前年下半年，另外一個是本月，兩次信息披露有一個細微不同，就在於關鍵詞「輕質」，上一次披露的4米量級碳化矽反射鏡主要用於地基大口徑光電觀測設備，也就是說它不僅能對地觀測也能對天觀測，運行在近地軌道的毫米級空間碎片都在其視線之內，既然連空間碎片都能觀測，那麼比它更大的飛彈自然也不在話下。

本月披露的4米量級輕質碳化矽反射鏡將直接應用於「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」，這將使我們的信息獲取能力一舉躍居世界領先地位，是決勝未來的撒手鐧。

新一代高分衛星將由長徵五號發射

由於碳化矽反射鏡擁有極佳的抗變形性能，未來還可以此為基礎設計一款多面陣組合空間相機衛星，實現分米級乃至釐米級對地解析度的靜止軌道觀測能力。

碳化矽反射鏡自立項啟動以來，已有諸多應用案例，基於該項目成果研製的1.5米量級碳化矽非球面反射鏡已成功應用於在軌高分衛星；2米量級反射鏡應用於大型光電系統項目；天宮空間站正在研製的巡天光學艙也將應用該項目成果，其綜合性能將超越大名鼎鼎的哈勃空間望遠鏡。

巡天光學艙也將應用碳化矽反射鏡

4米量級輕質碳化矽非球面反射鏡一次燒結成形就需要五六個月，加上前期準備，製備一面鏡胚就需要整整一年時間，我們是通過五次燒結試製才終獲成功，五次就是整整五年，五年連遼寧艦都能完工，而它不行。

這還沒算上後期拋光、鍍膜等一系列工藝流程，由此就不難理解為什麼鎖眼衛星造價可以高達63.5億美元，而功能更為強大應用4米量級碳化矽反射鏡的「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」耗資也將再次突破天際……預計其造價將至少超越兩艘遼寧艦。

4米量級非球面碳化矽反射鏡鏡面拋光

即便再貴也是物超所值，因為「新一代地球靜止軌道高分遙感衛星」將使我們的家園更加安全，可以更心無旁騖的創造美好生活。