12月4日，上海航天技術研究院釋出訊息，中國首個“雙超”衛星技術驗證平臺“精緻高分試驗衛星”取得圓滿成功。精緻高分試驗衛星於11月3日在太原衛星發射中心，搭載長征四號乙運載火箭成功發射入軌。

這裡的“雙超”指的是“超高指向精度、超高穩定性”。指向精度和穩定性這兩項技術指標對於對地觀測衛星來說是非常核心和關鍵的技術指標。我們知道，包括軍用偵察衛星在內的對地觀測衛星，通常都工作於幾百甚至上千公里的軌道高度上，靜止軌道上的對地觀測衛星如中國的高分四號，其軌道高度甚至在三萬六千公里高度。從如此高的軌道上向下觀察，需要非常高的放大倍率。但是放大倍率一大，視野就會變窄，如同管中窺豹。這種情況下如果衛星稍有振動就會出現影象模糊。但衛星是個非常複雜的裝置，裡面有很多運動部件，不可能完全沒有振動，那麼如何控制振動就成了對地觀測衛星一個非常重要的核心技術。

那麼精緻高分實驗衛星如何控制振動呢？精緻高分試驗衛星的研製單位上海航天技術研究院採用了磁浮控制技術，簡單的說就是將衛星的對地觀測裝置獨立出來，用磁懸浮技術將其完全懸空，使其和其它裝置完全不接觸。這樣衛星上其它裝置的振動就不會對對地觀測裝置產生影響了。通過這一技術路徑，上海航天技術研究院掌握了“雙超”衛星總體設計新方法，突破了協同解耦控制新技術、高精度大頻寬新型磁浮控制組件等關鍵技術，實現了總體、分系統與單機新技術的創新。精緻高分試驗衛星的指向精度和穩定度兩項指標達到了優於0.003°和0.0003°/s的超高水平。和同等慣量的衛星相比，這兩個指標都實現了兩個數量級也就是100倍的提升。也就是說中國已經完全掌握了衛星平臺“超高指向精度、超高穩定性”的核心技術。

有了這項技術，中國的對地觀測衛星就可以全面升級，邁上一個更高的臺階。同樣中國的軍用偵察衛星也可以用上這一核心技術。目前世界上解析度最高的軍用偵察衛星是美國的KH12“鎖眼”軍用偵察衛星，其最新型號重量達19.6噸，對地成像解析度為0.1米，採用的光學鏡片口徑達到了3米左右。

而中國也已經掌握了4.03米直徑超輕碳化矽反射鏡片技術，這是世界上目前最大直徑的碳化矽非球面反射鏡片。這個鏡片不光直徑大，精度也高，這片反射鏡的表面精度是奈米級的。因為中國已經掌握了等離子拋光和磁流變拋光兩項高精度鏡片拋光技術。中國也是世界上首個同時掌握這兩項高精度鏡片拋光技術的國家。偵察衛星的解析度是和光學鏡片的口徑成正比的，有了更大直徑的高精度光學鏡片就意味著更高的解析度。所以事實上我們已經掌握了超越KH12“鎖眼”軍用偵察衛星的關鍵技術。2018年中國發射了高分11號衛星，這顆三噸重的衛星解析度達到0.1米，已經追平了KH12偵察衛星。或許我們解析度更高的偵察衛星已經在路上了。本月月底，中國長征五號運載火箭將恢復發射，這意味著中國發射重型衛星的運載手段也將恢復。即使這個高分辨的偵察衛星重量超過20噸，我們火箭的運載能力也是足夠的。

如果要進一步提高偵察衛星的解析度還可以採用多鏡片拼接技術。如美國韋伯太空望遠鏡的鏡片技術。我們可以將四米鏡片做成六邊形然後拼接起來，這樣可以等效於更大直徑的鏡片。韋伯太空望遠鏡的鏡片總直徑只有6.5米，如果我們用4米鏡片拼接，直徑就可以遠遠超過6.5米。當然這樣做出來的偵察衛星重量會比較重，因為單個4.03米鏡片有1.6噸重。如果我們需要更大運載能力的運載火箭也沒問題，今年中國921運載火箭的技術方案已經通過了評審，低軌道最大運載能力接近70噸。

當然獲得更高解析度的技術路徑並不止這一種，還有一種就是採用衍射光學薄膜技術。這種技術就是用一片非常薄的光學薄膜來代替普通的光學鏡片。這層薄膜上印有光學衍射條紋，可以將光線聚焦到一個焦點上，作用和凸透鏡是一樣的。因為它非常的薄，所以重量很輕，可以把尺寸做得非常大。美國國防先進研究專案局2011年提出計劃研製“雲紋”薄膜光學成像偵察衛星，其薄膜鏡片採用可摺疊的拼接方式，總直徑達到20米，解析度2.5米。這個衛星採用的是靜止軌道，和中國高分四號是一樣的。2013年4月，美國勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室向鮑爾公司交付了6塊邊長約0.8米、面積約0.4平方米的梯形衍射薄膜。隨後，鮑爾公司對6塊薄膜進行了拼裝，製成了主鏡1/8扇區的衍射鏡片，並開展了光學系統的測試工作。該衛星當時計劃2020年發射，不過到現在也沒有什麼動靜。

在這一技術領域，我們的技術進度也不慢。2014年，四川成都光電所首次完成了直徑400毫米的薄膜望遠鏡研製，在國內首次實現了直徑400毫米的微結構薄膜望遠鏡寬波段(0.49μm至0.68μm)成像系統的成功研製。2018年初，成都光電所研製的“用於對地遙感衛星的先進空間微結構亞波長薄膜相機技術”獲得國家技術發明獎一等獎。這項技術的核心其實就是衍射光學薄膜鏡片技術。中國已經啟動了科技部地球觀測與導航專項——“靜止軌道高解析度輕型成像相機系統技術”專案，這一專案旨在研製接替中國高分四號的後續衛星。高分四號採用地球靜止軌道，1米直徑鏡片，解析度50米。採用地球靜止軌道的好處是隻需要一顆衛星就能覆蓋地球表面40%的面積。只要三顆衛星基本上就能覆蓋除南北極以外的所有中、低緯度地區。而且可以連續凝視同一地點，有利於連續跟蹤同一目標。如果在太陽同步軌道上就需要幾十顆衛星組成星座，才能完成全球全時段連續覆蓋。目前，中科院光電技術研究所已經取得技術突破，研製進度比美國人領先了近5年左右。研製中的先進薄膜成像光學系統正從原理樣機研製階段過渡到工程樣機研製階段，計劃於2020年前完成13米級薄膜成像光學系統。解析度可望達到4米以下，足以跟蹤海面上百噸以上級別的水面船隻，連續跟蹤航空母艦自然不在話下。預計2025年之前上星發射入軌。

當然，提高偵察衛星解析度，除了衍射光學薄膜，還有分散式光學合成孔徑技術。近日，國家重點研發計劃“地球觀測與導航”重點專項“基於分散式可重構航天遙感技術”專案在上海通過了專項辦組織的中期檢查。目前，專案實施進展順利。分散式光學合成孔徑技術其實就是另一種擴大光學鏡片口徑的拼接方式，跟鏡片拼接方式類似，這種方式也有多個鏡片，不過鏡片不是在同一顆衛星上，而是分佈在多顆衛星上面，多顆衛星編隊沿同一軌道飛行。然後將每顆衛星收集的光學訊號通過計算合成，生成一幅完整影像，這樣就可以獲得比單個鏡片衛星更高的解析度。這一技術的好處是不需要在一顆衛星上搞多個鏡片拼接，衛星重量就可以比較輕。因為這類衛星的執行高度低，有利於獲得更高的解析度，也不用去搞超大直徑的薄膜鏡片。

無論是更大口徑的鏡片，還是多鏡片拼接、衍射光學薄膜或者是分散式光學合成孔徑技術，其實都離不開一個高指向性高穩定性的衛星平臺。可以說“超高指向精度、超高穩定性”衛星平臺技術的掌握必將大大提高中國對地觀測衛星的技術水平，讓中國軍用偵察衛星的技術水平跨入技術領先行列。