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二代航母天眼上線:3.6萬公里太空監視器,導彈戰機一覽無遺
送交者: 一劍破天 2020年10月15日20:09:50 於 [軍事天地] 發送悄悄話

2020年10月12日00時57分04秒250毫秒,長征三號乙遙六十三運載火箭搭載高分十三號衛星點火升空,隨後經過助推器分離、一二級分離、拋整流罩、二三級分離、星箭分離等一系列飛行動作後,衛星被成功送入預定軌道,西昌衛星發射中心指揮大廳再次點亮“大紅屏”。

長征三號乙遙六十三運載火箭

在此次發射任務中長征三號乙火箭憑藉近年來最大規模的升級改進出彩不少,還應用了全新研製的雙錐體全透波整流罩,但這些成績在其承運的衛星面前也只能算是“戰術勝利”。

本次發射最大亮點毫無疑問是被譽為“第二代航母天眼”的高分十三號衛星,其成功入軌價值堪比航空界的殲-20、運-20、C-919,意義是全局性戰略性的。

先來看看官方通稿中高分十三號的任務定位:該星由航天科技集團有限公司五院研製,是一顆高軌光學遙感衛星,主要用於國土普查、農作物估產、環境治理、氣象預警預報和綜合防災減災等領域,可為國民經濟建設提供信息服務。

高分十三號紀念封

再看西昌衛星發射中心出品的紀念封如何定義:可為國防現代化建設提供信息保障。

對於國防使命雖然高分十三號嘴上說沒有,身體卻是很誠實,怎麼個誠實法呢?看看它具體能做什麼就一目了然。

雙錐體全透波4.2米直徑整流罩

高分十三號是“高分辨率對地觀測系統重大專項工程(高分專項)”最新技術成果,該工程自2010年立項以來陸續發射了高分一號至十三號一系列對地觀測衛星,目前已經初步形成覆蓋全球的觀測能力。高分專項牽頭單位是國防科技工業局,有着鮮明的國防屬性。

執行此次發射任務的長征三號乙運載火箭是地球同步轉移軌道專業戶,高分十三號光學遙感衛星顯然是一顆地球靜止軌道光學遙感衛星,而它並不是我國第一顆地球靜止軌道光學遙感衛星,早在2015年西昌衛星發射中心就使用長征三號乙火箭發射部署了高分四號地球靜止軌道光學遙感衛星

高分四號CG

高分四號同時也是全球第一顆靜止軌道高分辨率遙感衛星,而它正是破解高分十三號的關鍵所在。

通常光學遙感衛星部署在距離地面500至6000公里的太陽同步軌道,軌道位置距離地面目標較近可以實現高空間分辨率觀測,能夠對地面目標進行高清成像,但卻沒有高時間分辨率優勢,難以掌握時間敏感性目標的部署動態。

機動滾掃成像

長光衛星公司吉林一號商業遙感衛星星座為太陽同步軌道衛星兼顧高時間分辨率需求提出了機動滾掃成像方案,但這一方案並不能完全滿足需求,單顆衛星每次對地凝視成像時間僅有1分鐘左右,而且成像幅寬非常窄,要想實現全球實時響應覆蓋則需要數百顆衛星。

為什麼要實現全球覆蓋呢?不必諱言最近這二十多年咱們一直在琢磨一件事,就是如何多快好省地在全球海洋中發現移動的航母目標,進而為東風快遞等一系列打擊彈藥提供高精度的目標指示信息。

DF-26實彈發射

遙感專家葉培建院士早在三年多前就披露過,我們的同步軌道對地觀測衛星,可盯住目標海域任何一支船隊。

高分四號為了搜尋航母目標攻克了五大技術難關:

高分四號部署地球靜止軌道

1,站得高,看得遠

運行在距離地球約3.6萬公里的高分四號擁有覆蓋三分之一個地球的廣闊視野,它配置有“大口徑面陣凝視成像相機”,具備1億像素成像能力,成像幅寬可達400公里,一次成像覆蓋面積就相當於一個河南省,也就是說在實戰中可一次成像整個戰區的實時圖像信息。

高分四號寬幅成像

面陣凝視成像原理類似於單反成像,在三分之一個地球視野內任意一點任意時間進行觀察成像,成像的方式也靈活多變,拍照、視頻、連續拍照任意選擇。

傳統遙感衛星則是推掃成像,後者呈現的是沿飛行方向的條幅圖像數據,這是一種定時成像,只有在特定時間內才能成像,而且難以實現連續成像。

高分四號面陣凝視相機

2,站得高,看得清

高分四號面陣凝視相機在擁有大視場優勢的同時,其對地空間分辨率達50米,可以搜尋海上目標。

有人說就這50米的分辨率也敢大言不慚?要知道地球靜止軌道的3.6萬公里高度是傳統遙感衛星的數十倍,50米分辨率已經是全球第一,在此之前人類在這一軌道的最高分辨率是500米。

高分四號結構示意圖

就在高分四號入軌不到一年的時間裡航天科技五院508所就成功實施了海上動態目標視頻成像跟蹤試驗,50米分辨率雖然還無法直接識別航母目標,但我們並不是毫無辦法。

因為高分四號不會孤軍奮戰,它會和高分系列衛星中的低軌衛星形成高低搭配,高軌衛星發揮高時間分辨率優勢,發現可疑目標後近地軌道衛星前出查證,實現既能見森林也能見樹葉的功效,通俗點說就是廣角與長焦/微距的結合。

部署近地軌道的高分九號05星

3,分鐘級信息刷新能力,實戰價值高

高分四號就像是安裝在太空中的監視器,其信息刷新速度也很快,面陣凝視相機完全能夠在數分鐘之內對三個不同區域進行連續成像。

在經過短時間數據傳輸後,衛星相機就可以把拍攝的圖像產品送達用戶手中。這對於戰機轉瞬即逝的現代戰爭而言是至關重要的情報優勢,同時數據傳輸能力也很強,一張1億像素照片僅需幾秒鐘就能完成下傳。

高分四號發射質量4.6噸

十幾年前伊拉克戰爭被譽為完全由電視直播的戰爭,這也只是地面光學相機的直播,而高分四號的目標是脫離地球束縛,在太空進行現場直播。

4,軌道機動能力強

高分四號如何在三分之一個地球視野中快速鎖定成像目標也是世界級難題,3.6萬公里距離進行成像,鏡頭哪怕只有1/3600度誤差,成像區域誤差反饋在地面就能達到幾公里,因此對衛星姿態的穩定控制要求極高,科研團隊從衛星平台的飛輪和太陽翼驅動機構着手進行減震設計。

高分四號快速機動

在衛星平台穩定性基礎上高分四號還要具備快速機動能力,這裡的機動並不是軌道機動,而是服務鏡頭指向的衛星平台姿態機動,為此航天科技502所團隊攻克了“小角度快速機動技術”,在衛星平台內部安裝了4台大力矩動量輪,因此具備了快速指向能力。

5,戰略預警技術加持,直播海上戰場

高分四號攻克了可見光與中紅外譜段兩種成像裝置的共鏡技術,在進行可見光成像的同時,通過分色裝置可以同步進行紅外成像。

高分四號成像範圍覆蓋所有戰區

紅外成像是戰略預警衛星的看家本領,高分四號與戰略預警衛星相比,前者好比是長焦鏡頭,後者則是廣角鏡頭,高分四號無需進行全球掃描覆蓋,而是針對特定戰區進行紅外成像探測。

比如海上戰場散發熱量的目標有很多,驅護艦發動機排煙道、導彈發射、艦載機空中機動等等,這些目標結合可見光成像可以匯聚成更有價值的作戰情報。

高分四號可識別熱源目標

梳理完高分四號實戰應用方向會發現航天技術的發展能給人類帶來多少改變僅僅取決於想象,作為全球第一顆地球靜止軌道高分遙感衛星,雖然在眾多應用任務中有不俗表現,但其試驗定位也是顯而易見的,技術的瓶頸在高分四號身上依舊明顯。

比如50米空間分辨率雖然是全球最高,但對於識別航母、驅護艦等目標任務無法實現獨立作戰,需要與近地軌道遙感衛星協同作戰。

高分四號為後續型號拓展預留空間

高分十三號的發射入軌將為上述缺陷畫上一個圓滿句號,基於長征三號乙火箭的地球同步轉移軌道運力判斷,高分十三號可以繼承高分四號的衛星平台。

反觀高分四號明顯預留了拓展空間,比如鏡頭直徑遠遠小於平台直徑,這意味着高分十三號可以攜帶更大口徑的光學鏡頭,3.6萬公里靜止軌道對地成像空間分辨率有望達到15米量級,如此一來無需近地軌道遙感衛星協同即可自主識別航母、驅護艦等海上作戰目標。

高分十三號鏡頭口徑顯著增大

光學成像基礎能力的提升,將呈幾何級放大前文所述的五大作戰優勢,而我們為了搜尋海上目標已經進行了長達數十年的戰場環境建設,光學成像、合成孔徑雷達成像、紅外成像、電子偵察等各種手段更是應有盡有。

然而這仍然只是一個開始,接下來的十年我們還將使用長征五號運載火箭部署史上最大單體鏡面的戰略遙感衛星,而它將再次重塑空天格局……

全球最大國產碳化硅非球面反射鏡

縱觀我國航天發展態勢,不僅有嫦娥探月、天問火星這些史詩級空間探索工程,更有抓住“實力底牌”的國防空天工程,是既有面子也有里子。


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