2023年12月15日21时41分,CZ-5 Y6 运载火箭搭载着遥感四十一号卫星在文昌航天发射场点火起飞,发射任务取得圆满成功,至此,CZ-5系列火箭拿下了“八连胜”战绩,新一代金牌火箭实至名归

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正所谓好马配好鞍,时隔三年再度王者归来的胖五火箭又有了新变化,整流罩长度由原来的12.3米加长至18.5米,全箭高度也随之由原来的56.97米,增长至约63米,从而成为我国当前高度最高的火箭,昔日的胖五如今看来身材更加匀称,颜值又上了一个大台阶。

火箭运力有多大,航天舞台就有多大,然而光有运力也是不行的,因为有的航天器是重量敏感型,有的航天器是尺寸敏感型,即便运力满足,若没有合适的整流罩也不行。比如中国空间站的三大舱段中的问天实验舱与梦天实验舱,每舱长度均达到了17.9米,所以CZ-5B火箭搭配了我国迄今为止尺寸规格最大的20.5米长整流罩。

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CZ-5B 火箭20.5米长整流罩分离试验

话说我们已经有了CZ-5B火箭的大整流罩,为什么要单独给CZ-5火箭再研发一款尺寸略小的18.5米长整流罩?因为CZ-5B是一级半火箭,火箭没有二子级,总高其实不高,但对于CZ-5这款二级半火箭就不同了,如果继承20.5米大整流罩,全箭长径比变化太大,整流罩改动涉及气动外形更改,全箭总体设计、气动、弹道等各项参数都要更改,要在约束条件内进行设计。

再来看此次发射的载荷,“遥感四十一号”序列号与我们另一款国之重器刚好同名,这的确是一个巧合,因为在此之前遥感四十号也已经存在。

虽是巧合,然遥感四十一号也的的确确配得上这个巧合,因为它也是一款国之重器。

先抛出一个结论,可以说,遥感四十一号卫星的意义堪比航空领域的歼-20,因为它的出现,使得我们抹平了与大洋彼岸在这一领域的技术代差。

再来看官方通稿关于遥感四十一号卫星的介绍:该星是高轨光学遥感卫星,主要用于国土普查、农作物估产、环境治理、气象预警预报和综合防灾减灾等领域,可为国民经济建设提供信息服务。

当然了,我们都知道,我国大部分遥感卫星都是农业用途卫星,这不是什么秘密,官方通稿中最有价值的是“高轨光学遥感卫星”这八个字,这意味着我们首次拥有了高轨重型光学遥感卫星,而在此之前,这都是美国人所专有的,所以说,此次发射意义非凡,用一句话来形容就是:从现在开始,太空历史另起一行。

CZ-5系列大火箭是专为载人航天、深空探测等太空探测任务服务,此次发射可将大运力变现为触手可及的“太空实力”,这是发展征程中量的积累触发的质变。试想一下,如果我们没有CZ-5系列大火箭,那么我们的遥感卫星将长期徘徊在中小卫星行列。

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近年来,我国遥感卫星事业的发展加速度可以说是全球第一,这个结论并不是没有根据的,国家航天局常年更新记录全球在轨运行主要陆地卫星的分国统计数据,从近三年的数据来看,我国可谓是一骑绝尘,三年前,美国可见光遥感卫星数量与我们的数量差距并不大,然而仅仅三年后,我们的数量就达到了美国的两倍,发展速度不可谓不快。

虽然我们增长迅猛,但还要认清差距,我们有数量上的提升,然而美国在很长一段时间内依旧拥有技术优势。

他们使用与CZ-5 火箭同运力级别的德尔塔4火箭近年来对锁眼系列卫星进行了大规模的更新换代,这些卫星都有一个共同的特点,都是大尺寸重型卫星,具有较强的轨道机动能力

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德尔塔4火箭发射NROL-91旗舰级光学侦察卫星

我们当然也不会坐以待毙,相较于他们的重型卫星,我们更多的是中小型遥感卫星,后者轨道机动能力较弱,因为燃料储备少,不过,我们也有自己的玩法,那就是通过大规模卫星组网来弥补轨道机动能力欠缺的劣势,这样一正一负,算是势均力敌了,不过这一平衡已经被遥感四十一号打破。

哈勃空间望远镜与韦伯空间望远镜各自代表着人类不同时代的空间望远镜水平,但是千万不要认为它俩就是同一时期最先进的太空光学系统,不论是哈勃,还是韦伯,其实都是美国军用光学遥感卫星的“边角料”。

哈勃空间望远镜
韦伯空间望远镜主镜

空间望远镜“军转民”对于我国而言也不例外,众所周知,我国正在研制巡天光学望远镜,配置有2米级口径镜片,在保持哈勃望远镜分辨率的同时,视场大300倍,发射重量16吨,即便如此,这也并不是我国最先进的空间光学系统。

巡天空间望远镜光学设施段初样产品

比如多年前,长光所就制备成功了4米级碳化硅反射镜,这是世界最大单口径镜片,加工制造难度极其复杂,在此之前,只有美国、法国、德国三家拥有大口径镜片设计制造技术,我国历经十余年攻关,终于攻克了从镜胚制造、加工检测、镀膜的全套加工技术,所有加工设施均立足国产。

早前报道的4米级碳化硅反射镜是用于陆基空间光学设施,但其生产加工制备技术同样可以用于空间光学设施。

4米级碳化硅反射镜


4米级碳化硅反射镜加工制造

军用光学设施往往领先于民用光学科学设施,这是因为后者并不是刚需,没有强力的财政支持,前者就不同了,因为,兵者,国之大事,死生之地,不可不察也。

我国空间光学卫星的发展其实长期以来主要受制于运载火箭的运力,即便如此,近些年,我们在有限的运力条件下,也做到了足够优秀。

以高轨卫星为例,最具代表性的就是“高分四号”与“高分十三号”,这两颗卫星都是部署在距离地球约3.6万公里的地球静止轨道上,通常情况光学遥感卫星都是部署在距离地球数百公里的太阳同步轨道,因为站得近才能看得清,但是看到的范围却是有限的,所以才要站得高才能看得远,但是距离远了,就很难看清,分辨率就会下降。

高分四号效果图

近地轨道遥感卫星的一个劣势就是时间分辨率低,想要对多个不同地点目标进行高分辨率成像观测,就需要更长的时间周期重访观测,想要看得更广,又能看得更清,一般是通过多颗卫星组网观测实现。

近地轨道卫星还有一个缺陷就是战时容易被打击摧毁,因此未来天基对地观测的一个趋势是往更高的轨道部署,这样一来即便对手有摧毁的手段,也要付出更大的代价,同时我们还可以有更多的预警时间,以进行机动规避。

高分四号与高分十三号的先进之处就在于既能站得高又能看得远,还能看得清,比如高分四号虽然部署在3.6万公里的地球静止轨道,但一张图像即可覆盖16万平方公里,一颗卫星的观测范围就能触达近三分之一个地球。

高分四号的核心载荷是一台面阵凝视成像相机,在实现广域观测的同时,分辨率达到了50米,面阵凝视成像不同于一般意义的推扫成像,前者可以记录成像范围内的所有现象,具有极高的时间分辨率,而且由于是地球静止轨道,卫星与地球之间没有相对运动,也无需机械扫描机构。

可以看到,高分四号的50米分辨率相较于近地轨道遥感卫星的分米级高分成像能力还有相当大的差距,但这也已经是那一时期人类部署地球静止轨道光学遥感卫星的最高水平,凡事不怕难,只要有了开局,后面只要坚持做下去就必定会有所成。

50米级分辨率图像看里根号航母
15米级分辨率图像看里根号航母

比如时隔4年发射的高分十三号,就实现了15米级地球静止轨道高分光学遥感成像能力,这一成像水平,已经可以发现并分辨航空母舰目标。

但是15米级高分成像图像在进行目标自动识别时,虚警率较高,此时可由近地轨道遥感卫星,或其它侦察平台前去详查查证。

高分十三号

15米分辨率远非我们的最终目标,早在7年前我们就发布了《“地球观测与导航”重点专项2016年度项目申报指南》,文件指出要在5年时间里实现“静止轨道对地全色成像分辨率不低于2.5米的光学相机系统关键技术攻关”。

如今5年早已过去,此项技术是否与遥感四十一号有关,我们不得而知,但可以肯定的是,动用CZ-5大火箭发射的载荷必定是旗舰级高价值载荷,我们的农业估产水平势必将再上一个大大的台阶。

正如标题所说,遥感四十一号的意义堪比歼-20,但这并不意味着我们在光学成像领域已经达到世界领先水平。昔日歼-20问世时,也主要是以隐身为主要设计目标,旨在获得一款能够与强敌对抗的战斗机,遥感四十一号与问世初期的歼-20一样,所实现的目标是能够与强敌处在同一竞技舞台上,目前美国已经拥有十米级分块镜在轨展开型旗舰级光学遥感卫星,对此我们的能力仍然是有欠缺的。

德尔塔4火箭5米直径整流罩下10米级直径分块镜装载效果图

不过,我们目前也已经具备了发展同类型装备的能力,首先火箭运力与整流罩条件都已经满足,再就是长光所目前也正在研发分块镜在轨组装技术,以此种技术发展的超大型光学遥感卫星有望比肩甚至超越美国的10米级分块镜在轨展开型光学遥感卫星。

我国正在研发的大型在轨组装望远镜

到那时,我们在光学成像领域,是要规模有规模,要质量有质量,随便分出一些边角料,也可以帮助民用科学观测领域实现更大地跃升。到那时,人们谈论的就不再是哈勃、韦伯怎么怎么样。