国产太空神眼问世！可以在万里太空看清航母甲板上有几架飞机
近日有消息说中科院长春光机所日前在高精度大口径轻质碳化硅反射镜研制中取得新进展，预计在今年上半年完成光学镜片的精细加工。如果工程进展顺利，将会推进国家重点研发计划专项同步轨道高分相机系统技术如期完成。
高精度大口径轻质碳化硅反射镜是同步轨道高分相机最重要组成部分，直接决定着分辨率等关键性能。因此该镜片研制成功为中国研制新一代同步轨道高分辨率卫星扫清了障碍，铺平了道路。
▲同步轨道卫星可以“始终”盯住地球某个区域
同步轨道卫星运行周期与地球自转周期相近，从地面上来看，卫星始终停留在宇宙空间某个位置。
这样好处就是卫星可以连续对地面进行通信和观测，不需要考虑卫星过顶问题。理论上三颗这样的卫星就能实现对全球目标连续、实时通信和观测。
当然达到这样效果难度非常大，同步轨道距离地球非常远，轨道高度3.6万公里，需要多次变轨才能进入。另外从这么远距离精确识别出地面目标是一个非常大挑战。要求卫星具备高精度姿态保持和指向能力，系统能够承受宇宙空间恶劣环境，能够抑制本身振动等方面不利影响。
星载信号/数据处理系统可以迅速对信息进行处理。正是因为上述问题，世界各国和地区对于同步轨道高分辨率卫星有点望而生畏，即便美国、欧洲和俄罗斯到现在都没有发射同步轨道高分辨率卫星。
▲国家高分四号同步轨道卫星
▲珠海航展公开的高分四号可视范围
中国高分四号是当今第一颗同步轨道高分辨率卫星，它于2015年12月从中国西昌卫星发射中心发射升空，成功进入同步轨道，经过6个月测试，星载系统工作正常，2016年6月高分四号正式投入使用。
根据相关单位在2016年珠海航展公开资料，高分四号配备有可见光/红外共口径光学相机，这个相机既可以在白天工作，也能在夜晚恶劣气候条件下工作，具有凝视、区域、机动巡查三种工作模式，可见光红外通道分辨率优于50米，成像宽度优于500*500公里，红外通道分辨率优于400米，成像幅宽优于400*400公里。
卫星数据主要用于海洋监测与评估、气象天气监测、林业调查与监测、地震监测与应急等领域对高时间分辨率遥感数据的需求，为相关部门决策提供重要参考和依据。
通过高分四号卫星的研制，国内相关单位攻克了一系列技术难关，包括高轨光学遥感卫星总体设计、高轨卫星姿态快速机动、高稳定控制、星载综合信息处理等等关键技术，为下一步研制更高分率卫星打下了坚实的基础。
▲欧洲或者在赫歇尔空间望远镜基础上研制新一代同步轨道高分辨率卫星
▲美国准备采用可收放光学孔径系统
前面说过镜片是高步轨道高分辨率卫星关键和基础。镜片直径越大，分辨率越高。不过镜片越大，制造难度也就越大，任何微小突起或者裂纹都会降低镜片性能。
根据相关资料，现代卫星相机光学片精度要求达到纳米级，而一个原子直径大约为0.1纳米，换句话说镜片突起不能超过数十个原子高度，难度可想而知。长春光机所经过努力，成功制成直径为4米的高精度碳化硅非球面反射镜，这是当今口径最大的单体碳化硅反射镜。
目前欧洲赫歇尔空间望远镜卫星光学镜片最大，它的镜片直径大约是3.5米，有消息说欧洲就准备在赫歇尔基础上研制新一代同步轨道高分辨率卫星。
▲欧空局认为镜片直径在4米的话，分辨率大约在5-10米左右
海外资料据此认为中国下一代同步轨道高分辨率卫星镜片直径大约在4米左右。欧洲航天局曾经提出一个类似同步轨道高分辨率卫星计划，后者在主镜片直径为4米情况下，空间分辨率大约可以达到5-10米左右。
这个指标已经能够对大型目标进行详细识别，例如海上大型舰船，不但可以发现目标，还能够识别目标型号，甚至可以观察甲板舰载机型号和数量。
限制同步轨道高分辨率卫星另外一个瓶颈是运载火箭整流罩空间和运载能力。此前国内这两方面能力最强的运载火箭是长征3乙运载火箭，它的整流罩直径为4米,同步轨道运载能力为5.5吨，这个指标无法发射镜片直径为4米的大型卫星。随着国产长征5号远载火箭投入使用，这个问题迎刃而解。
长征5号整流罩直径大约在5米左右，同步轨道运载能力超过10吨，这些指标发射大型同步轨道高分辨率卫星没有太大问题。
▲胖五是新一代同步轨道高分辨率卫星的物质基础之一
可以预测中国新一代同步轨道高分辨率卫星发射之后，中国对地观测能力将迈入当今顶尖行列。
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