北京空間機(jī)電研究所60年技術(shù)成就與展望

陳虎 李揚(yáng)

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

0 引言

北京空間機(jī)電研究所成立于1958年8月，是我國最早從事空間技術(shù)研究的單位之一，研究所從探空火箭技術(shù)研究起步，先后從事過運(yùn)載火箭總體技術(shù)、衛(wèi)星總體技術(shù)以及載人飛船總體技術(shù)研究，目前主要從事航天器回收著陸、空間光學(xué)遙感、空間激光探測(cè)、航空光學(xué)遙感、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型、空間火工裝置六大技術(shù)領(lǐng)域的研究。研究所從建所之初的中國科學(xué)院 1001設(shè)計(jì)院到上海機(jī)電設(shè)計(jì)院，從第七機(jī)械工業(yè)部第八設(shè)計(jì)院到北京空間機(jī)電研究所，盡管其隸屬關(guān)系、名稱、地點(diǎn)、研制任務(wù)和專業(yè)發(fā)展幾經(jīng)調(diào)整，但研究所建設(shè)航天強(qiáng)國、富國強(qiáng)軍的初心沒有變，爭(zhēng)創(chuàng)一流的創(chuàng)新精神沒有變。在中央領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷和上級(jí)單位的正確領(lǐng)導(dǎo)下，研究所緊跟時(shí)代步伐，開拓進(jìn)取、頑強(qiáng)拼博，為中國航天取得舉世矚目的成就做出了自己的貢獻(xiàn)。

1 發(fā)展火箭技術(shù)，為中國成為航天大國打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

1958年8月，為了響應(yīng)毛澤東主席“我們也要搞人造衛(wèi)星”的號(hào)召，研究所的前身中國科學(xué)院1001設(shè)計(jì)院成立，主要承擔(dān)人造衛(wèi)星和運(yùn)載火箭總體設(shè)計(jì)任務(wù)[1]。同年11月，設(shè)計(jì)院搬遷至上海，組建上海機(jī)電設(shè)計(jì)院，開始了我國探空火箭技術(shù)的研究。1965年8月遷至北京，開始了我國“長(zhǎng)征一號(hào)”衛(wèi)星運(yùn)載火箭的設(shè)計(jì)和研制。

（1）探空火箭與氣象火箭

研究所自行設(shè)計(jì)的液體探空火箭T-7M于1960年2月發(fā)射成功，這是我國液體火箭技術(shù)取得的第一個(gè)具有工程實(shí)踐意義的成果，為氣象火箭的研制奠定了基礎(chǔ)[2]。從1959～1971年，研究所先后研制了三代氣象火箭，分別是液體推進(jìn)劑氣象火箭、固體推進(jìn)劑氣象火箭和小型固體氣象火箭，為我國在高層大氣研究方面獲得了豐富的資料。

（2）實(shí)驗(yàn)火箭和取樣火箭

研究所于1963～1969年，先后研制了生物實(shí)驗(yàn)、電離層探測(cè)、綜合性實(shí)驗(yàn)、星載儀器高空實(shí)驗(yàn)等火箭，其中，1968年8月發(fā)射的一枚串聯(lián)式三級(jí)實(shí)驗(yàn)火箭飛行高度達(dá)312km，為我國空間科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

為滿足我國核武器發(fā)展的需要，研究所于1967～1985年，先后研制了我國第一代和第二代取樣火箭，并多次成功地進(jìn)行了我國核爆炸試驗(yàn)的取樣任務(wù)，為我國掌握核武器立下了顯著功勛。

（3）“長(zhǎng)征一號(hào)”運(yùn)載火箭

1965年初，在我國人造衛(wèi)星事業(yè)轉(zhuǎn)入工程研制階段后，研究所創(chuàng)造性地提出了我國第一種航天運(yùn)載火箭——“長(zhǎng)征一號(hào)”的總體方案，實(shí)現(xiàn)了地地導(dǎo)彈運(yùn)載技術(shù)和火箭探空運(yùn)載技術(shù)、液體火箭和固體火箭的完美結(jié)合。初樣研制的成功，為“長(zhǎng)征一號(hào)”運(yùn)載火箭首次發(fā)射成功我國第一顆衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 自強(qiáng)奮進(jìn)，引領(lǐng)回收與著陸技術(shù)發(fā)展

航天器回收著陸技術(shù)是指利用氣動(dòng)減速裝置或著陸緩沖裝置，通過特定的控制手段，使需要返回或著陸的航天器（或有效載荷）減速與緩沖，直至按預(yù)定的程序和目的地安全著陸和收回的技術(shù)。研究所是我國唯一專業(yè)從事航天器回收與著陸技術(shù)研究的單位，現(xiàn)已形成集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、測(cè)試于一體的完整工程研制體系，承載并圓滿完成了以返回式衛(wèi)星、載人航天、探月工程等為代表的國家重大工程中的回收與著陸任務(wù)。

2.1 探空火箭回收，回收著陸技術(shù)從無到有

回收與著陸技術(shù)伴隨著研究所探空火箭研制任務(wù)的推進(jìn)而不斷發(fā)展。探空火箭的回收可分為箭頭回收、箭體回收或兩者兼有，回收系統(tǒng)需確保箭頭或箭體上的核取樣裝置、大氣探測(cè)裝置、生物試驗(yàn)對(duì)象等有效載荷安全著陸。通過探空火箭回收，研究所掌握了回收總體技術(shù)、平面圓傘技術(shù)、彈道設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國回收著陸技術(shù)零的突破。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從 1958～1987年，研究所先后完成了 13種型號(hào) 23種狀態(tài)探空火箭有效載荷的回收?；厥罩憣I(yè)不斷完善，研制程序逐步走上了正規(guī)，回收著陸技術(shù)研制隊(duì)伍得到了實(shí)際鍛煉，從而為該技術(shù)服務(wù)于戰(zhàn)略武器、戰(zhàn)術(shù)武器、衛(wèi)星和飛船工程奠定了初步基礎(chǔ)。

2.2 高速數(shù)據(jù)艙回收，回收系統(tǒng)創(chuàng)新集成化發(fā)展

在戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器研制中，為了獲取導(dǎo)彈再入大氣層過程中的各種情況，針對(duì)高超聲速條件下黑障現(xiàn)象導(dǎo)致的數(shù)據(jù)無法遙測(cè)獲取的問題，研究所研制了集成化的數(shù)據(jù)艙回收系統(tǒng)，包含高速再入的防熱艙結(jié)構(gòu)、降落傘系統(tǒng)、火工裝置、控制裝置等，這是當(dāng)時(shí)我國最全面、最復(fù)雜的回收裝置。通過數(shù)據(jù)艙的回收，研究所突破了高超聲速下的防熱設(shè)計(jì)、防熱材料以及各類計(jì)算難題，掌握了導(dǎo)向面?zhèn)愕刃滦徒德鋫阍O(shè)計(jì)技術(shù)。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，截至2018年，研究所完成了7種型號(hào)12種狀態(tài)戰(zhàn)略武器數(shù)據(jù)艙的回收，完成了9種型號(hào)10種狀態(tài)戰(zhàn)術(shù)武器局部或整體回收，完成了3種型號(hào)空投水雷減速穩(wěn)定系統(tǒng)的研制，為我國的國防裝備研制做出了重要貢獻(xiàn)。

2.3 返回式衛(wèi)星回收，技術(shù)實(shí)現(xiàn)新跨越

1968年，研究所開始了衛(wèi)星回收著陸技術(shù)的研究。1976年12月，首次成功完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星回收艙的回收任務(wù)，掌握了空間再入返回技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了回收與著陸技術(shù)的新跨越。在返回式衛(wèi)星回收系統(tǒng)研制中，研究所先后突破了高精度的基于過載時(shí)間的回收控制技術(shù)、新型高阻力性能環(huán)帆傘技術(shù)（具備傘頂浮囊，實(shí)現(xiàn)水上標(biāo)位）和無線電回收標(biāo)位技術(shù)，成功研制了起消旋小火箭、無污染彈射筒等一系列空間火工裝置，解決了大攻角、大動(dòng)壓再入難題。截至2018年，研究所共承擔(dān)了25顆返回式衛(wèi)星回收系統(tǒng)的研制，確保了各類空間實(shí)驗(yàn)載荷安全返回，推動(dòng)了國家空間科學(xué)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。返回式衛(wèi)星的成功回收，使我國成為世界上第三個(gè)掌握航天器回收著陸技術(shù)的國家，部分技術(shù)水平已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。

2.4 載人飛船回收，高可靠回收著陸技術(shù)躋身世界前列

從20世紀(jì)60年代后期“曙光一號(hào)”飛船的醞釀，到80年代“天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)”的論證，再到1992年“神舟”飛船回收著陸系統(tǒng)開始研制，研究所打造了國內(nèi)回收質(zhì)量最大、著陸速度最低、可靠性安全性最高、系統(tǒng)最復(fù)雜的航天器回收著陸系統(tǒng)，使我國航天器回收著陸技術(shù)躋身世界前列[3]。

飛船回收著陸系統(tǒng)是目前我國研制的最為復(fù)雜的回收著陸系統(tǒng)，研究所在技術(shù)方面取得了重大突破：成功研制了1 200m2特大面積降落傘，解決了飛船主傘減速問題；首次采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，提高了回收著陸程序控制的可靠性；結(jié)合飛船氣動(dòng)外形，研制了靜壓高度控制器，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了大氣參數(shù)控制；首次采用非電傳爆裝置來實(shí)現(xiàn)火工裝置點(diǎn)火，提高點(diǎn)火同步性；首次采用智能式程序控制方案，可適應(yīng)多軌道多模式的回收；首次運(yùn)用緩沖火箭對(duì)著陸載體進(jìn)一步減速，瞬時(shí)著陸速度小于3.5m/s，達(dá)到規(guī)定技術(shù)指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)具有自行檢測(cè)故障并自動(dòng)進(jìn)行主、備切換的功能，大大提高了回收著陸系統(tǒng)的可靠性。

自1999年開始到現(xiàn)在，研究所已完成“神舟”飛船11次回收著陸任務(wù)，將11名航天員安全帶回地球，圓了中華民族載人航天的夢(mèng)想。與此同時(shí)，研究所在技術(shù)水平、研制能力、試驗(yàn)手段、科技管理水平等方面都邁上了一個(gè)新臺(tái)階。

2.5 超聲速進(jìn)入減速及地外天體著陸技術(shù)取得創(chuàng)新突破

2013年，研究所研制的伽瑪關(guān)機(jī)敏感器助力“嫦娥三號(hào)”圓滿完成落月任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的探月夢(mèng)想。2014年，研究所突破了第二宇宙速度再入返回技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了探月工程三期飛行試驗(yàn)器的安全回收。在飛行試驗(yàn)器回收分系統(tǒng)研制中，研究所首創(chuàng)了非平衡開傘載荷設(shè)計(jì)理念、自適應(yīng)平衡彈蓋拉傘方法，在降落傘尺寸效應(yīng)機(jī)理研究、回收控制集成設(shè)計(jì)等方面填補(bǔ)了國內(nèi)空白，降落傘輕量化水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

此外，研究所還承擔(dān)了我國探月工程二期、探月工程三期月球著陸及起飛綜合試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)任務(wù)，圓滿完成了“嫦娥三號(hào)”著陸器、“嫦娥五號(hào)”著陸組合體、“嫦娥五號(hào)”上升器等關(guān)鍵技術(shù)地面驗(yàn)證試驗(yàn)。

目前，研究所正在開展火星進(jìn)入降落傘減速系統(tǒng)的研究，已經(jīng)掌握了超聲速、低密度、低動(dòng)壓火星降落傘關(guān)鍵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了高空開傘試驗(yàn)的成功驗(yàn)證。

2.6 躋身世界先進(jìn)水平，引領(lǐng)我國回收著陸技術(shù)發(fā)展

隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，未來的自由進(jìn)出空天、深空探測(cè)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器威懾與打擊等重大戰(zhàn)略任務(wù)都對(duì)回收和著陸技術(shù)提出了更高的要求，針對(duì)需求，研究所開展了回收著陸核心、關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，突破并掌握了大載質(zhì)量群傘及著陸緩沖等技術(shù)，開展了高超聲速充氣式再入減速、大型可控翼傘定點(diǎn)歸航、可重復(fù)空天飛行器水平著陸、空間柔性展開結(jié)構(gòu)等核心技術(shù)研究，不斷引領(lǐng)我國回收著陸技術(shù)的發(fā)展。

2016年，研究所研制的充氣式重力梯度桿在我國首次實(shí)現(xiàn)了充氣展開結(jié)構(gòu)的在軌試驗(yàn)驗(yàn)證，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平。2018年，研究所完成了充氣式再入與減速技術(shù)（Inflatable Re-entry and Descent Technology，IRDT）飛行演示驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了IRDT技術(shù)的工作原理、工作程序和多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

3 自主創(chuàng)新，空間光學(xué)遙感技術(shù)邁入國際先進(jìn)行列

航天光學(xué)遙感技術(shù)是衛(wèi)星光學(xué)有效載荷研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、管理和運(yùn)行的工程技術(shù)，涉及光學(xué)、熱學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料、視頻電子學(xué)、控制、圖像處理等專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。研究所從 1967年開始從事航天光學(xué)遙感技術(shù)的研究，先后自主研制并成功發(fā)射了170臺(tái)光學(xué)遙感器，所獲取的信息資料廣泛應(yīng)用于國土普查、資源開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象觀測(cè)和國土測(cè)繪等各個(gè)領(lǐng)域。

3.1 開啟空間光學(xué)遙感先河，填補(bǔ)國內(nèi)空白

1967年，我國成立了首支航天光學(xué)遙感器研制隊(duì)伍—6711工程組（1986年并入研究所），開始了我國第一臺(tái)膠片相機(jī)的研制工作，開啟了我國對(duì)地觀測(cè)的新時(shí)代。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了地相機(jī)和星相機(jī)聯(lián)合拍攝的方案，地相機(jī)和星相機(jī)同時(shí)分別對(duì)地和星進(jìn)行攝影，提高了衛(wèi)星的定位精度；先后突破了棱鏡掃描速度和膠片速度的同步技術(shù)、高速運(yùn)動(dòng)膠片輸片技術(shù)、衛(wèi)星向前運(yùn)動(dòng)像移補(bǔ)償技術(shù)；解決了相機(jī)防污染、防冷焊和防輻照等問題[5]。1975年，首臺(tái)航天膠片型衛(wèi)星相機(jī)發(fā)射成功，使我國成為當(dāng)時(shí)繼美、蘇之后第三個(gè)掌握航天相機(jī)技術(shù)的國家，為我國航天相機(jī)事業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

研究所先后研制成功我國兩代膠片型對(duì)地觀測(cè)相機(jī)，共裝備 13顆衛(wèi)星，圓滿完成了偵察和國土普查任務(wù)；完成了5顆衛(wèi)星兩代膠片型測(cè)繪相機(jī)的研制，自主繪制了1︰25萬地形圖和1︰10萬影像圖，為軍事和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)[6]。

3.2 與時(shí)俱進(jìn)，信息獲取的時(shí)效性實(shí)現(xiàn)跨越

需求的牽引和技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)研究所不斷創(chuàng)新。20世紀(jì)80年代，為了提高遙感信息獲取的時(shí)效性，追蹤國際先進(jìn)技術(shù)，研究所于1986年開始了“資源一號(hào)”衛(wèi)星CCD相機(jī)的研制，空間分辨率19.8m；通過深入而持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了中國航天光學(xué)遙感技術(shù)上的多項(xiàng)第一次：第一次成功實(shí)現(xiàn) 0.45～0.89μm寬光譜五個(gè)譜段成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)，既保證各個(gè)譜段的成像品質(zhì)，又保證了五個(gè)譜段焦距高度一致，公差優(yōu)于0.05mm；第一次實(shí)現(xiàn)了高精度CCD器件光學(xué)拼接，滿足120km幅寬要求，研制出專用拼接儀、測(cè)試控制軟件和操作工藝規(guī)程；第一次實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)線列CCD器件的三個(gè)譜段之間的光學(xué)配準(zhǔn)，精度為0.3像元；第一次成功實(shí)現(xiàn)模擬熱和真空環(huán)境條件下相機(jī) MTF測(cè)試、輻射定標(biāo)試驗(yàn)和真空定焦試驗(yàn)，保證了相機(jī)的在軌成像品質(zhì)[7-8]。

“資源一號(hào)”衛(wèi)星 CCD相機(jī)的成功在軌運(yùn)行標(biāo)志著我國空間光學(xué)遙感器從膠片型向傳輸型的跨越，開啟了傳輸型相機(jī)的新時(shí)代[9]。

3.3 觀測(cè)譜段從可見光向紅外拓展，實(shí)現(xiàn)全天時(shí)觀測(cè)

可見光相機(jī)由于受光照條件的限制，信息獲取的時(shí)效性無法滿足要求，紅外相機(jī)通過接收目標(biāo)自身發(fā)射出的電磁輻射來發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)，可以一天24小時(shí)工作。1986年，為了提高空間對(duì)地觀測(cè)的時(shí)效性，研究所開始了紅外相機(jī)的研制。1988年，紅外相機(jī)成為“資源一號(hào)”衛(wèi)星的主載荷。

為了緊追技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，保證相機(jī)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，研究所提出了先進(jìn)雙向擺動(dòng)掃描的紅外相機(jī)總體方案，相機(jī)的光譜范圍覆蓋可見光近紅外、短波紅外和熱紅外譜段，視場(chǎng)角8.8°，幅寬120km，可見光和短波紅外分辨率78m、熱紅外分辨率156m，噪聲等效溫差（NETD）優(yōu)于1K。研究所先后攻克了掃描非線性度為 0.5%的高精度雙向擺動(dòng)掃描系統(tǒng)、低溫（105K）輻射制冷系統(tǒng)、星上定標(biāo)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，完成了相機(jī)的研制。中巴聯(lián)合研制的“資源一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射成功，填補(bǔ)了我國陸地資源星載紅外遙感器的空白，結(jié)束了我國單純依賴國外紅外遙感數(shù)據(jù)的歷史。

多年來，研究所將人眼不可見卻蘊(yùn)含了大量寶貴信息的光譜區(qū)推向工程應(yīng)用。2018年5月，研制的我國空間分辨率最高（甚長(zhǎng)波紅外譜段分辨率40m）、光譜覆蓋最廣（0.4μm～12.7μm，12個(gè)譜段）的大幅寬（60km）相機(jī)“高分五號(hào)”衛(wèi)星“全譜段光譜成像儀”發(fā)射成功[10]，推動(dòng)了我國資源、地質(zhì)、環(huán)境、海岸帶遙感應(yīng)用的跨越式發(fā)展。

3.4 突破TDICCD成像技術(shù)，開辟高分辨率成像新途徑

為了滿足用戶對(duì)高分辨率相機(jī)的需求，20世紀(jì)90年代，研究所率先開展了高分辨率傳輸型相機(jī)輕小型化技術(shù)研發(fā)。國內(nèi)首先提出采用小相對(duì)孔徑（大F數(shù)）全反射式光學(xué)系統(tǒng)配TDICCD的相機(jī)方案。

研究所突破了非球面三反同軸光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與全數(shù)字化仿真相結(jié)合的光學(xué)精密裝調(diào)技術(shù)，保證了長(zhǎng)焦距光學(xué)鏡頭的精度和穩(wěn)定性；解決了復(fù)合材料不穩(wěn)定性和各向異性等技術(shù)難題，首次采用基于復(fù)合材料的輕型光機(jī)結(jié)構(gòu)，減輕了相機(jī)的質(zhì)量，提高了穩(wěn)定性和空間環(huán)境適應(yīng)能力；突破了TDICCD電荷垂直轉(zhuǎn)移速度與像移速度自適應(yīng)同步技術(shù)，使相機(jī)具有適應(yīng)衛(wèi)星大范圍機(jī)動(dòng)成像的能力，采用低電壓差分傳輸技術(shù)和多路并行相關(guān)雙采樣技術(shù)，提高了相機(jī)信噪比和圖像清晰度。

2007年，裝載我國首臺(tái)長(zhǎng)焦距、輕型空間TDICCD相機(jī)的衛(wèi)星發(fā)射成功，地面像元分辨率優(yōu)于2m（軌道高度 645km），相機(jī)質(zhì)量小于 74kg，實(shí)現(xiàn)了我國光學(xué)對(duì)地觀測(cè)相機(jī)技術(shù)的重大跨越，開辟了高分辨率成像新途徑。

3.5 天地一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能最優(yōu)

“高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率、高輻射分辨率以及高定位精度”是空間光學(xué)遙感器不懈追求的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的最優(yōu)，研究所開展了“敏捷相機(jī)”的研究工作?！懊艚菹鄼C(jī)”是通過相機(jī)與衛(wèi)星一體化設(shè)計(jì)，使整星結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、慣量小、剛度高；通過整星的機(jī)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速、大范圍姿態(tài)調(diào)整，多模式成像，突破高分辨率與寬覆蓋相互制約的瓶頸，快速有效地獲取高品質(zhì)信息[11-12]。

研究所開展了天地一體化成像品質(zhì)全鏈路優(yōu)化研究，采用λF/p=1的設(shè)計(jì)理念，適當(dāng)降低對(duì)MTF的設(shè)計(jì)要求，采用大F數(shù)光學(xué)系統(tǒng)，在同等焦距和分辨率情況下，光學(xué)系統(tǒng)的口徑變小，減小了光機(jī)系統(tǒng)的研制難度；在地面采用MTFC算法進(jìn)行提升，既保證圖像的MTF滿足要求，又減小圖像混疊，保證圖像品質(zhì)。衛(wèi)星平臺(tái)和載荷一體化設(shè)計(jì)，以相機(jī)為核心進(jìn)行整顆衛(wèi)星的布局，相機(jī)與衛(wèi)星之間進(jìn)行剛度解耦設(shè)計(jì)，增強(qiáng)隔振性能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相機(jī)的主鏡采用碳化硅材料，鏡筒采用高穩(wěn)定性陶瓷基復(fù)合材料，減輕系統(tǒng)的質(zhì)量，保證穩(wěn)定性。采用間接輻射熱控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鏡頭的精細(xì)控溫，使相機(jī)適應(yīng)敏捷成像復(fù)雜的熱環(huán)境，保障鏡頭在軌的高幾何穩(wěn)定性。

采用該技術(shù)的“高景一號(hào)”衛(wèi)星相機(jī)于2016年12月發(fā)射成功，相機(jī)焦距10m，分辨率優(yōu)于全色0.5m/多光譜2m，無地面控制點(diǎn)幾何定位精度5～8m。高程相對(duì)精度達(dá)到1m，質(zhì)量200kg，是目前分辨率最高、質(zhì)量最輕的商業(yè)遙感相機(jī)?！案呔耙惶?hào)”衛(wèi)星的商業(yè)化運(yùn)行，不僅打破我國 0.5m級(jí)商業(yè)遙感數(shù)據(jù)被國外壟斷的現(xiàn)狀，也標(biāo)志著國產(chǎn)商業(yè)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)入0.5m時(shí)代，正式邁入國際一流行列。

3.6 光譜分辨率顯著提高，定量化探測(cè)水平逐步提升

近年來，在遙感定量化需求及技術(shù)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)下，光學(xué)遙感器的探測(cè)譜段不斷細(xì)分，光譜分辨率不斷提高。針對(duì)溫室氣體（CO2、CH4等）探測(cè)要求的寬探測(cè)譜段、高光譜分辨率、高光譜精度的要求，研究所于2011年開始了傅里葉干涉光譜儀關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

研究所先后攻克了大口徑高效率傅里葉變換干涉儀技術(shù)、高精度高穩(wěn)定性對(duì)日跟蹤技術(shù)、高精度長(zhǎng)壽命二維指向技術(shù)、高精度地面和星上輻射及光譜定標(biāo)技術(shù)等。完成了“風(fēng)云三號(hào)”04星“高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀”以及“高分五號(hào)”衛(wèi)星“大氣紅外甚高光譜分辨率探測(cè)儀”的研制，實(shí)現(xiàn)了寬波段范圍（2.4～13.3μm）、高信噪比（大于100@5 800K）、高光譜分辨率（0.03 cm–1）的精細(xì)化光譜探測(cè)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

為了進(jìn)一步提升高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀的空間分辨率、覆蓋寬度和信噪比，研究所開展了先進(jìn)光柵分光光譜儀技術(shù)攻關(guān)，突破了125mm大尺寸浸沒式光柵技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

3.7 工程技術(shù)能力

經(jīng)過 50年的發(fā)展，研究所在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)加工和檢測(cè)、系統(tǒng)總裝和集成、空間環(huán)境模擬和試驗(yàn)等工程技術(shù)能力方面得到了極大的提升。形成了面向偵察、測(cè)繪、空間目標(biāo)等多應(yīng)用領(lǐng)域的載荷指標(biāo)體系和方案論證能力，建立了光、機(jī)、熱各專業(yè)融合的數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，具備系統(tǒng)全鏈路成像建模仿真與預(yù)估能力，預(yù)估精度達(dá)到80%。

建立了第三代智能化超精密光學(xué)加工中心，掌握從結(jié)構(gòu)輕量化到光學(xué)鍍膜完整的光學(xué)加工工藝鏈，可以實(shí)現(xiàn)直徑2m以內(nèi)非球面光學(xué)元件的高精度加工，加工材料范圍覆蓋微晶、ULE、碳化硅等；加工精度優(yōu)于λ/70（RMS），達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

建成了國內(nèi)領(lǐng)先的空間光學(xué)儀器制造中心，可實(shí)現(xiàn)中等口徑遙感器的批量化生產(chǎn)，同時(shí)具備新型高精度大口徑光學(xué)、低溫光學(xué)、激光探測(cè)與光譜探測(cè)類光學(xué)產(chǎn)品的集成能力。具備從可見光到紅外的多鏡頭及單鏡頭多光路譜段配準(zhǔn)測(cè)試能力，配準(zhǔn)精度優(yōu)于0.3個(gè)像元；自主研發(fā)了國內(nèi)最先進(jìn)的焦面拼接儀，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)線陣、大面陣、線面混合式器件拼接，最長(zhǎng)拼接長(zhǎng)度可達(dá)600mm，像元拼接精度可達(dá)2μm；自主研發(fā)了內(nèi)方位元素自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，主距、畸變標(biāo)定的精度可達(dá) 3.6×10–6和 2.3×10–5；形成了完整的遙感器系統(tǒng)輻射定標(biāo)和光譜定標(biāo)技術(shù)體系，微光輻射定標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍達(dá)1×108，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

具有大型真空環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試能力，掌握了光學(xué)遙感器動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)。擁有直徑2.5m、4m、6.7m等多套在軌環(huán)境模擬試驗(yàn)系統(tǒng)以及多規(guī)格的溫濕箱等工藝設(shè)備，可承擔(dān)航天器光學(xué)有效載荷在軌環(huán)境條件下的成像試驗(yàn)，以及航天產(chǎn)品熱真空、熱平衡、熱循環(huán)等試驗(yàn)。擁有5t、10t、16t推力振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)、5 000gn沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)以及5m懸臂離心試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，可承擔(dān)航天器產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)任務(wù)。研究所是中國空間技術(shù)研究院結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)唯一定點(diǎn)單位，形成了國內(nèi)領(lǐng)先的適應(yīng)星、船技術(shù)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力。

4 其它專業(yè)技術(shù)

4.1 空間激光探測(cè)技術(shù)

研究所從“十二五”開始空間激光探測(cè)技術(shù)的研發(fā)，目前，已經(jīng)成為國家空間激光載荷的主要研制力量，為國家的地形測(cè)繪、森林調(diào)查等方面提供服務(wù)。

2012年底，研究所緊抓激光遙感的發(fā)展契機(jī)，自主研發(fā)“資源三號(hào)”02星激光測(cè)高儀，突破了高靈敏度模擬探測(cè)、閾值鑒別和高精度測(cè)時(shí)等技術(shù)，并于2016年6月在軌開機(jī)，高程精度可以滿足1:5萬測(cè)圖精度要求，部分地區(qū)滿足1︰2.5萬測(cè)圖精度要求。該產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)對(duì)地激光測(cè)繪空白，開創(chuàng)了我國航天激光測(cè)繪的新時(shí)代[13]。為滿足第二代星載激光測(cè)繪的需求，研究所突破了全波形激光測(cè)距、高精度收發(fā)光軸平行度裝調(diào)、高精度激光指向確定、綜合性能測(cè)試等關(guān)鍵技術(shù)，完成了多波束激光測(cè)高儀原型產(chǎn)品的研制和綜合性能測(cè)試。此外，研究所還承擔(dān)了陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星上的多波束激光雷達(dá)項(xiàng)目，正在開展初樣鑒定產(chǎn)品研制。作為第三代星載激光測(cè)繪技術(shù)的代表，研究所承擔(dān)了激光三維成像雷達(dá)預(yù)研項(xiàng)目，攻克了復(fù)雜背景條件下的光子探測(cè)和信號(hào)提取技術(shù)，研制了多波束kHz重頻的光子計(jì)數(shù)體制激光雷達(dá)原理樣機(jī)，對(duì)建立全球高精度控制點(diǎn)網(wǎng)、填補(bǔ)兩極地區(qū)的地理信息空白具有重要意義。

在深空探測(cè)領(lǐng)域，所研制的激光點(diǎn)陣器已經(jīng)助力“玉兔號(hào)”月球車成功實(shí)現(xiàn)月面避障巡視；在空間目標(biāo)監(jiān)視領(lǐng)域，承擔(dān)了國家首臺(tái)高軌光電跟瞄子系統(tǒng)，突破了多光軸復(fù)合標(biāo)校、大天域暗弱目標(biāo)搜索捕獲、空間點(diǎn)目標(biāo)大動(dòng)態(tài)范圍激光測(cè)距等技術(shù)，目前已經(jīng)完成了整機(jī)環(huán)境實(shí)驗(yàn)和整星聯(lián)試。在大氣探測(cè)領(lǐng)域，研究所正積極開展星載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)、大氣掩星激光探測(cè)等基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為后續(xù)激光探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4.2 航空光學(xué)遙感技術(shù)

20世紀(jì)80年代，研究所在國內(nèi)首次把航天相機(jī)改造成高分辨率航空相機(jī)，獲得了大量珍貴情報(bào)信息。2008年，研究所承研了航空多通道掃描儀，填補(bǔ)了海洋水溫、水色遙感反演載荷空白。

近年來，研究所在先進(jìn)航空光學(xué)遙感技術(shù)方面取得一系列突破。提出基于光學(xué)穩(wěn)像的復(fù)合慣性穩(wěn)定控制體制，研制成功我國穩(wěn)定精度和指向精度最高的穩(wěn)定平臺(tái)，光軸穩(wěn)定精度達(dá)到 5μrad；提出像素級(jí)數(shù)字化甚高靈敏度新體制探測(cè)技術(shù)，NETD由傳統(tǒng)的20mK提高到5mK，解決了遠(yuǎn)距離、紅外弱小目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域技術(shù)難題；國內(nèi)首次把自由曲面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)用于航空載荷，解決了反射式光學(xué)系統(tǒng)小F數(shù)、大視場(chǎng)技術(shù)問題，大幅提高系統(tǒng)能量集中度、靈敏度；承研了我國幅寬最大、像元數(shù)最多、測(cè)繪精度最高的大視場(chǎng)面陣數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量相機(jī)，技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。

研究所不斷開拓創(chuàng)新，探索成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化道路，成功孵化適用于小型無人機(jī)平臺(tái)、可靈活配置的多光譜相機(jī)、日盲紫外搜救/電力巡線設(shè)備，并成功應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)遙感、水資源監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，性能優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

4.3 復(fù)合材料技術(shù)

1960年，研究所成立新工藝組，開始了航天復(fù)合材料研制的征程。1963年，成功研制并經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證的T-7A探空火箭尾翼是中國最先用于航天產(chǎn)品的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。研制的直徑2.1m通信衛(wèi)星太陽電池圓筒殼、“長(zhǎng)征三號(hào)”液氫—液氧箱蜂窩共底等為代表的多件蜂窩夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)品均代表了當(dāng)時(shí)國內(nèi)航天復(fù)合材料的最高水平[14]。20世紀(jì)70年代以來，研究所將先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星輕型結(jié)構(gòu)研制中，碳纖維復(fù)合材料衛(wèi)星艙板、承力筒、太陽翼基板、拋物面天線、相機(jī)鏡筒和支架等產(chǎn)品在衛(wèi)星中的成功應(yīng)用創(chuàng)造了多個(gè)第一，對(duì)于衛(wèi)星和遙感器結(jié)構(gòu)的輕量化發(fā)揮了重要作用。

進(jìn)入21世紀(jì)后，研究所適應(yīng)航天技術(shù)的發(fā)展需求，先后開展了新型材料體系應(yīng)用、大型結(jié)構(gòu)板裝配、高穩(wěn)定性大尺寸遙感器結(jié)構(gòu)件研制等技術(shù)研究。研制的國內(nèi)最大、埋件最多的衛(wèi)星艙板，多次成功應(yīng)用于“東方紅四號(hào)”、“東方紅五號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)；首次采用國產(chǎn)碳纖維、鋁蜂窩等材料研制出國產(chǎn)化率最高的太陽翼基板和連接架，并成功應(yīng)用于“神舟”飛船；首次將高性能氰酸脂材料應(yīng)用于遙感器結(jié)構(gòu)件，大大提高了遙感器的尺寸穩(wěn)定性；成功將雙馬樹脂和耐高溫膠黏劑應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)支架，將樹脂基復(fù)合材料的耐溫等級(jí)從100℃提高至200℃[15]。

目前，研究所已具備從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真分析、工藝設(shè)計(jì)、工裝模具設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工、性能檢測(cè)和評(píng)定全流程的樹脂基復(fù)合材料研制能力，研制生產(chǎn)了數(shù)以萬計(jì)的各種類型航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，為航天事業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

4.4 航天火工技術(shù)

火工技術(shù)是利用火炸藥、推進(jìn)劑的燃燒或爆炸反應(yīng)產(chǎn)生能量，通過結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，完成預(yù)定功能的技術(shù)。20世紀(jì)60年代末，伴隨T-7M探空火箭任務(wù)的開展，研究所在一無資料、二無設(shè)備的情況下，完成了頭體分離用爆炸螺栓和降落傘開傘用彈射螺釘?shù)难兄?，開創(chuàng)了航天火工技術(shù)應(yīng)用的先河，為后續(xù)探空火箭、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器回收技術(shù)的研制和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

70年代末，研究所開始衛(wèi)星回收與著陸系統(tǒng)的研制工作，火工技術(shù)也隨之發(fā)展壯大。除實(shí)現(xiàn)彈傘、脫傘等返回系統(tǒng)主要?jiǎng)幼魍?，還研制了小火箭、推力筒、解鎖螺栓等火工裝置，完成起旋、消旋、兩艙分離、暗道解鎖等返回工作程序，有效解決了返回程序的執(zhí)行問題，成功完成育種星、科學(xué)實(shí)踐衛(wèi)星等多個(gè)型號(hào)飛行任務(wù)。

90年代，載人飛船的研制為火工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展帶來契機(jī)。研究所為運(yùn)載器逃逸子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)、回收著陸分系統(tǒng)研制了各類火工裝置。傘艙蓋彈射分離首次采用非電傳爆實(shí)現(xiàn)多個(gè)火工裝置的點(diǎn)火，提高了點(diǎn)火同步性和可靠性；通過堵、疏結(jié)合的方式，解決了火工裝置燃?xì)饷芊鈫栴}，有效保障了航天員的生命安全，鞏固了研究所在國內(nèi)火工技術(shù)的領(lǐng)先地位[16-17]。

進(jìn)入新世紀(jì)，在航天技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，火工技術(shù)也迎來新的發(fā)展機(jī)遇。研究所以技術(shù)為先導(dǎo)，以市場(chǎng)為目標(biāo)，加快產(chǎn)品升級(jí)換代，開展鈍感電點(diǎn)火器、低沖擊火工裝置、多功能火工機(jī)構(gòu)等系列新品的研制，向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向快步邁進(jìn)。

5 發(fā)展展望

黨的十九大做出了“建設(shè)航天強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署，航天科技集團(tuán)公司也提出了“三步走”的航天強(qiáng)國發(fā)展路線圖，中國航天事業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。航天光學(xué)遙感和航天器返回與著陸任務(wù)空前繁重，研究所在新的歷史時(shí)期面臨著新的巨大挑戰(zhàn)。重任在肩，使命在肩，研究所將以黨的“十九大”精神為指導(dǎo)，以航天強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略為行動(dòng)綱領(lǐng)，謀劃新發(fā)展，續(xù)寫新輝煌。研究所將繼續(xù)保持航天器回收與著陸技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先地位并達(dá)到國際先進(jìn)水平；積極開拓深空探測(cè)等新領(lǐng)域，開發(fā)火星探測(cè)等各種新型著陸技術(shù)；瞄準(zhǔn)商業(yè)航天需求，發(fā)展運(yùn)載火箭回收等低成本可重復(fù)使用回收技術(shù)。保持空間光學(xué)遙感領(lǐng)軍地位，完善空間基礎(chǔ)設(shè)施光學(xué)載荷建設(shè)，遙感器性能達(dá)到世界先進(jìn)水平；瞄準(zhǔn)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)工程、深空探測(cè)、空間飛行器在軌服務(wù)與維護(hù)系統(tǒng)等重大任務(wù)，積極開展大型光學(xué)儀器在軌組裝等前沿技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)遙感器技術(shù)的新跨越；圍繞“一帶一路”和空間信息走廊建設(shè)等需求，加速推進(jìn)商業(yè)航天光學(xué)遙感的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)光學(xué)遙感產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

成績(jī)屬于過去，未來任重道遠(yuǎn)。研究所將不忘初心，牢記使命，牢牢抓住航天強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略期，擔(dān)負(fù)起中國航天發(fā)展的歷史使命，不斷推進(jìn)軍民融合、創(chuàng)新型研究所建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)我國航天強(qiáng)國發(fā)展目標(biāo)和中華民族的偉大復(fù)興做出更大貢獻(xiàn)!