2018年1月成功发射的ICEYE-X1是世界上第一颗重量小于100公斤的SAR卫星（75kg），2020年3月9日ICEYE发布了第一个SAR视频、3月27日正式提供0.25m分辨率图像服务、5月发布了两张干涉图样，到2022年9月，共进行了8次发射，19颗卫星在轨运行。 ICEYE卫星公司由Rafal Modrzewski和Pekka Laurila于2014年共同创立，ICEYE星座计划由18颗SAR卫星组成的星座，每颗星生产成本的目标是比标准SAR卫星降低100倍以上。在创立ICEYE之前，Modrzewski从波兰华沙搬到了芬兰的赫尔辛基，在阿尔托大学学习无线电科学工程并开始制造卫星。在那儿，他遇到了劳里拉（Laurila），两人参加了由斯坦福大学工程学教授麦克.里昂斯（Mike Lyons）教授的阿尔托大学创业培训课程，麦克·里昂斯现在担任ICEYE US的首席执行官，ICEYE US是ICEYE的子公司，总部位于加利福尼亚湾区，2022年1月成功发射的ICEYE-14和ICEYE-16在美国制造，获得了美国国家海洋和大气管理局许可，并由该公司位于尔湾的24/7任务运营中心运营和控制。2021年11月，ICEYE US与美国陆军太空和导弹防御技术中心签署了一项合作研发协议，支持美国陆军的任务。2022年5月发射的5颗星中2颗卫星直接提供给巴西空军，以支持环境和国家安全目标 ICEYE已经发展了2代卫星，二代ICEYE卫星的主要改进是功率降为3200W，入射角范围增加为15～35，重量85kg，数传增加到140Mbps，有条带、聚束和扫描模式，在最大300MHz带宽时，聚束模式分辨率可达到0.5m（距离向）×0.25m（方位向），在扫描模式时，15m分辨率的幅宽可达到100km×100km。一代和二代ICEYE卫星外形下左图和右图所示。 下左图是2022年9月25日19颗ICEYE卫星在空间的分布，右图是它们的轨道高度，可以看出，星座的轨道面分布较散，除了2022年5月入轨的5颗星在一个平面外，其它卫星基本是一个卫星一个轨道面；早期入轨的卫星轨道高度较高，后期入轨的卫星高度在510～520km。 下表是ICEYE星座的3个多星共面卫星2022年9月25日轨道高度、倾角和升交点赤经值，由表可以看出，即使在一个轨道面，轨道面内的卫星高度差超过了1km，因此，这些卫星的相位是始终处于变化之中。
按照设计，ICEYE卫星的回归周期为18～22天，但实际上以由于未进行严格的轨道控制，很多卫星的高度处于自由漂移状态，因此，实际上ICEYE在轨卫星没有严格的回归周期。 由于ICEYE卫星主要采用搭载发射，通常与一些光学卫星一起发射，因此它并未采用通常SAR卫星工作的晨昏轨道，它的降交点地方时随同箭发射的其它光学遥感卫星，下表是6次发射入轨和截止到2022年4月的降交点地方时统计和轨道面漂移情况。 下图是2019年7月5日发射的ICEYE-X5卫星2年多轨道变化情况，可以看出无论是高度还是倾角都没有进行轨道控制。
下表是5个始终没有进行轨道控制的ICEYE卫星在一年时间内的轨道高度衰减情况，其中ICEYE-X1高度最低，衰减最大，每天高度降低42.8m；ICEYE-X4高度最高，衰减最小，每天降低9.2m。
从ICEYE-X2开始，所有ICEYE卫星都携带了电推，ICEYE卫星的推进系统采用了奥地利ENPULSION公司的离子推进器，其内部结构和外形如下图所示，最大功耗40W，外形10×10×8.2cm，重量900克，推力0.3mN，推进剂质量0.255kg。 2021年6月30日ICEYE-11、12、13和15一箭四星入轨。2021年7月5日各星的高度和相对X12卫星的漂移速度如表 14所示，由表可以看出各星漂移速度很小，因此这4颗星在11月之前相隔很近。 11月以后，X12和X13进行了轨道控制，但明显感到X13的方向控制反了，如下左图向下突出部分所示，11月9日开始控制，轨道高度降低，11月18日，降到最低高度后，又抬高轨道，如图 20右图所示，紧接着又对X12进行抬高轨道的控制。下右图是2022年4月这4颗星在空间的分布，可以看出，它们没有形成均匀分布。 从上左图还可以看出，ICEYE-11和ICEYE-15没有进行轨道控制，只对12和13星进行了轨道控制，但控制的目的似乎不是为了建立均匀星座，更多的像是在进行轨道控制试验，轨控能力不小于287m/天。另一方面，也可能是12和13星上携带的电推系统出故障了。在单星条件下，为了获取重轨干涉图像，实现目标高精度形变测量，需要精确的轨道回归设计，ICEYE就是利用重轨干涉测量实现目标形变分析。我们计算，当理论上轨道高度为578.2km时，重访回归周期为18天。入轨1年后，ICEYE-X2以此为目标，将卫星的轨道控制在578.2km附近，实现每18天的重轨图像获取。上左图可以看出在2020年1月，ICEYE-X2轨道高度约为579km，开始轨道控制，降低卫星的高度，在大约3月份，高度降低到578.2km附近，一直维持到2020年12月，在此期间进行了重轨测量试验，获取了目标形变数据。上右图是3月到12月控制期间的细节，可以看出主要有8个控制周期，其中3月到7月的控制过程规律性更强，每次当高度低于578.15km时，就进行控制，将高度抬高到578.21km，每个周期大约一个月，并在中间进行约7天维持控制（图中的台阶部分）。 但是除了这次以重轨干涉观测为目的的轨道控制、并获得300～400m基线精度的效果外，ICEYE再没有对其它卫星进行过精确的重轨控制，因为所有卫星不再有固定的回归周期，而重轨图像的获取是靠星座众多卫星的轨迹重合。 下图是按ICEYE卫星入射角上、下限为10和30°，计算ICEYE-X1～15共计12个卫星对4个不同纬度目标的重访计算结果，可以看出对纬度40度地区，平均重访时间为4小时。如果再按目前19颗星计算，重访时间更短。 除了计划发展自己的SAR卫星，ICEYE还计划与西班牙地球观测技术公司Sattlantis发射一个由四颗卫星组成的星座，以获取高分辨率雷达和光学图像。这四颗卫星将在太阳同步近地轨道上飞行，两颗ICEYE的SAR卫星在前，两颗Satlantis的光学卫星在后，旨在提供分辨率小于1m的图像。 8、结束语 （1）截止2022年9月，ICEYE有19颗卫星在轨，它们分布太阳同步轨道面上，高度主要在520km左右，可能由于多采用一箭多星与从多光学遥感卫星搭载发射的原因，没有选择通常SAR卫星采用的晨昏轨道； （2）尽管从ICEYE-X2开始，所有卫星都加装了电推进系统，一些星在入轨初期进行了轨道控制，但各卫星的高度没有进行持续控制，基本处于自由衰减状态，星座内各卫星的轨道面分散，轨道面内星间相位随机变化，未形成均匀分布； （3）2020年，ICEYE曾经对X2卫星进行了精确的重轨控制，基线长度达到了300～400m的精度，获取了干涉图像；但后续未再持续进行重轨控制，当前重干涉轨图像的获取更多的是依靠星座内众多卫星的轨迹重合。 （4）ICEYE将与西班牙Sattlantis公司发射SAR和光学组合星座，以进一步提升对地观测的快速响应能力。
|
