遙感衛(wèi)星篇

1 概述

50年來，中國空間技術(shù)研究院（簡稱研究院）通過技術(shù)創(chuàng)新，在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，形成了返回式遙感衛(wèi)星、“資源”、“海洋”、“高分”等衛(wèi)星系列，建成了“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”。

2 發(fā)展歷程

返回 式遙感衛(wèi)星

1975年11月，研究院研制的返回式遙感衛(wèi)星成功發(fā)射并回收，使中國成為繼美國、蘇聯(lián)之后，世界上第三個(gè)掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家，是中國航天技術(shù)躋身于世界先進(jìn)行列的顯著標(biāo)志之一。

研究院先后研制并成功發(fā)射了返回式衛(wèi)星0號(hào)、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)共5種型號(hào)的返回式衛(wèi)星。

返回式衛(wèi)星0號(hào)是中國第一代返回普查遙感衛(wèi)星，采用膠片型相機(jī)。1975年11月，第一顆返回式衛(wèi)星成功發(fā)射并成功返回。返回式衛(wèi)星0號(hào)在1975～1987年間共成功發(fā)射9顆，飛行時(shí)間由3天增至5天，獲得了大量對(duì)地?cái)z影相片。

返回式衛(wèi)星1號(hào)是中國第一代返回測(cè)繪衛(wèi)星，采用了畫幅式相機(jī)，并開始利用剩余的載荷能力搭載其他空間實(shí)驗(yàn)。返回式衛(wèi)星1號(hào)在1987年至1993年共發(fā)射5顆，成功回收4顆。該型號(hào)衛(wèi)星在計(jì)算機(jī)控制、艙壓控制技術(shù)等方面有比較大的進(jìn)步，衛(wèi)星飛行時(shí)間也增加到8天。

返回式衛(wèi)星2號(hào)是中國第二代返回普查遙感衛(wèi)星，采用直接掃描式全景相機(jī)，分別于1992年8月、1994年7月和1996年10月共發(fā)射了3顆。衛(wèi)星留軌時(shí)間延長至15天，返回落點(diǎn)精度也得到提高。

返回式衛(wèi)星3號(hào)是第二代返回測(cè)繪衛(wèi)星，以滿足高精度攝影測(cè)繪需求，分別于2003年11月、2004年9月和2005年8月發(fā)射了3顆衛(wèi)星，測(cè)繪精度比第一代有較大的提高，飛行時(shí)間延長到18天。

返回式衛(wèi)星4號(hào)是返回詳查遙感衛(wèi)星，分別于2004年8月、2005年8月發(fā)射2顆衛(wèi)星，獲得了高分辨率的遙感衛(wèi)星圖像，飛行時(shí)間增加到27天。

通過返回式衛(wèi)星0號(hào)、1號(hào)、2號(hào)的研制，研究院突破了返回式衛(wèi)星的總體設(shè)計(jì)技術(shù)、三軸穩(wěn)定控制技術(shù)、再入燒蝕技術(shù)和回收技術(shù)。通過返回式衛(wèi)星3號(hào)、4號(hào)的研制，研究院在熱環(huán)境控制技術(shù)應(yīng)用、高精度艙壓控制技術(shù)、窗口熱門機(jī)構(gòu)技術(shù)、星上能源技術(shù)、衛(wèi)星濕度控制技術(shù)、回收落點(diǎn)控制技術(shù)等方面取得了顯著的技術(shù)成果。

中國利用返回式遙感衛(wèi)星成功進(jìn)行了遙感、微重力實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)，其成果廣泛應(yīng)用于國土普查、大地測(cè)量、礦產(chǎn)資源勘探等方面，并為中國掌握載人飛船返回技術(shù)提供了重要借鑒。

“資 源”系列衛(wèi)星

“資源”系列衛(wèi)星是地球資源探測(cè)衛(wèi)星，是中國研制傳輸型遙感衛(wèi)星的起點(diǎn)。中國的“資源”衛(wèi)星于20世紀(jì)80年代開始研制，相繼發(fā)射了資源一號(hào)、資源二號(hào)和資源三號(hào)3個(gè)系列。

1999年10月，研究院與巴西空間院聯(lián)合研制的“中巴地球資源衛(wèi)星”（CBERS）（也稱資源一號(hào)01星）成功發(fā)射，它是中國第一顆資源衛(wèi)星，也是中國第一顆國際合作研制的衛(wèi)星，它改變了中國長期依賴國外資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的局面，標(biāo)志著中國傳輸型遙感衛(wèi)星研制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

研究院先后研制并發(fā)射了資源一號(hào)01星、02星、02B星、03星和04星共5顆“中巴地球資源衛(wèi)星”，并于2011年11月獨(dú)立研制并發(fā)射了1顆資源一號(hào)02C衛(wèi)星。

資源一號(hào)衛(wèi)星在軌示意圖

資源二號(hào)衛(wèi)星在總裝大廳

資源一號(hào)衛(wèi)星/“中巴地球資源衛(wèi)星”研制過程中突破了太陽同步回歸與凍結(jié)軌道控制技術(shù)、千瓦級(jí)太陽電池陣制造和試驗(yàn)技術(shù)等多項(xiàng)瓶頸，代表著中國衛(wèi)星研制水平上了一個(gè)新臺(tái)階。01星和02星的有效載荷主要有20m多光譜CCD相機(jī)、80m/160m紅外相機(jī)、258m寬視場(chǎng)成像儀等。01星和02星涵蓋可見光和紅外的多個(gè)譜段，具有中等地面分辨率的遙感信息獲取能力，體現(xiàn)了20世紀(jì)80年代國際先進(jìn)水平。資源一號(hào)02B星、03星和04星具有可見光全色高分辨率、多光譜以及紅外等多譜段的綜合遙感信息獲取能力，體現(xiàn)了20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初國際先進(jìn)水平?！爸邪偷厍蛸Y源衛(wèi)星”開創(chuàng)了發(fā)展中國家在航天領(lǐng)域開展合作的成功先例，被譽(yù)為“南南合作”的典范。目前，非洲、南美等地區(qū)多個(gè)國家均使用“中巴地球資源衛(wèi)星”的相關(guān)數(shù)據(jù)，使中國的高分辨率遙感數(shù)據(jù)成功進(jìn)入國際市場(chǎng)。同時(shí)，“中巴地球資源衛(wèi)星”也成功開啟了中國長壽命、三軸姿態(tài)控制、中低軌道太陽同步遙感衛(wèi)星發(fā)展應(yīng)用的新紀(jì)元。

資源二號(hào)衛(wèi)星是中國新一代傳輸型遙感衛(wèi)星，01、02和03星分別于2000年9月、2002年10月和2004年11月成功發(fā)射，并實(shí)現(xiàn)了三星組網(wǎng)。資源二號(hào)衛(wèi)星采用新型高性能太陽同步軌道衛(wèi)星平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命2年。

資源三號(hào)衛(wèi)星是高分辨率光學(xué)傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星。01星于2012年1月發(fā)射，配置了三線陣測(cè)繪相機(jī)和多光譜相機(jī)等有效載荷，采用三線陣成像方式，通過正視、前視、后視相機(jī)和多光譜相機(jī)，可同時(shí)獲取優(yōu)于2．1m的全色數(shù)據(jù)和優(yōu)于6m的多光譜數(shù)據(jù)及其他輔助數(shù)據(jù)，可對(duì)地球84°(S）～84°(N）以內(nèi)地區(qū)實(shí)現(xiàn)無縫影像覆蓋，首次實(shí)現(xiàn)中國遙感衛(wèi)星多角度、多光譜綜合立體成像，并通過星地一體化設(shè)計(jì)，第一次使中國衛(wèi)星遙感圖像質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。02星于2016年5月成功發(fā)射，設(shè)計(jì)壽命5年，與01星實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行，可使重訪周期由5天縮短至3天之內(nèi)，全球覆蓋周期縮短一半。

資源三號(hào)02星首景影像（多光譜傳感器校正產(chǎn)品）

資源三號(hào)02星首景正射糾正影像（融合產(chǎn)品）

資源三號(hào)02星首景數(shù)字表面模型

資源三號(hào)02星首景立體影像圖

“資源”衛(wèi)星系列見證了中國實(shí)時(shí)傳輸型遙感衛(wèi)星的發(fā)展，在中國遙感衛(wèi)星的發(fā)展歷程中具有里程碑式的作用。其獲取的遙感信息廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、海洋、環(huán)保、國土資源、城市規(guī)劃和災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，特別是在南水北調(diào)、青藏鐵路、三峽工程、汶川地震以及巴西熱帶雨林監(jiān)測(cè)和森林砍伐的控制方面發(fā)揮了重要作用，在中國和巴西兩國產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

“海 洋”系列衛(wèi)星

中國“海洋”系列衛(wèi)星由海洋水色環(huán)境、海洋動(dòng)力環(huán)境、海洋雷達(dá)觀測(cè)3個(gè)衛(wèi)星系列構(gòu)成，是中國長期穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)體系的重要組成部分。截至2017年底，已發(fā)射海洋水色環(huán)境和海洋動(dòng)力環(huán)境兩個(gè)系列共3顆衛(wèi)星。

研究院研制的海洋一號(hào)A星和B星分別于2002年和2007年發(fā)射成功并投入使用，結(jié)束了中國沒有海洋衛(wèi)星的歷史，實(shí)現(xiàn)了中國實(shí)時(shí)獲取海洋水色遙感資料零的突破，使中國海洋觀測(cè)跨入衛(wèi)星海洋時(shí)代。

海洋一號(hào)B星太陽帆板展開試驗(yàn)

海洋二號(hào)衛(wèi)星是中國第一顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星，于2011年8月發(fā)射成功。它集主、被動(dòng)微波遙感器于一體，具有高精度測(cè)軌和定軌能力。其獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)不僅在海況預(yù)報(bào)、風(fēng)暴潮監(jiān)測(cè)、巨浪監(jiān)測(cè)、重力場(chǎng)調(diào)查、海平面變化、厄爾尼諾監(jiān)測(cè)和大洋極地航行保障等方面發(fā)揮了重要作用，而且使中國具備了獨(dú)立獲取全球海洋動(dòng)力環(huán)境信息的能力。

“環(huán) 境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”

海洋一號(hào)衛(wèi)星拍攝的中國海洋初級(jí)生產(chǎn)力圖

“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”是中國自主研發(fā)的首個(gè)專門用于環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，由2顆光學(xué)小衛(wèi)星和1顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星組成，分別命名為環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A星、B星和C星。環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A星和B星于2008年9月以“一箭雙星”方式發(fā)射，環(huán)境減災(zāi)一號(hào)C星于2012年發(fā)射，星座正式建立并成功運(yùn)行。該小衛(wèi)星星座三星配合，基本具備了全波段、全天候、全天時(shí)的觀測(cè)能力，大大縮短了重訪和覆蓋周期，并使得整個(gè)星座對(duì)地面的觀測(cè)時(shí)機(jī)均勻化。該星座填補(bǔ)了中國衛(wèi)星動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的空白，為提高中國的減災(zāi)和環(huán)境保護(hù)能力提供了有力的保障。

“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”在中國洪澇、旱災(zāi)、森林火災(zāi)、雪災(zāi)、病蟲害、大范圍滑坡的監(jiān)測(cè)及地震災(zāi)后恢復(fù)等方面發(fā)揮了重要作用。衛(wèi)星向亞太空間合作組織成員國提供了大量圖像，并為澳大利亞森林火災(zāi)等多起國際災(zāi)害事件提供了及時(shí)的服務(wù)。泰國建立的遙感數(shù)據(jù)接收站接收了A星發(fā)回的遙感數(shù)據(jù)，在國際上取得了較好的反響。環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星的成功研制和發(fā)射，標(biāo)志著中國開始獨(dú)立擁有具有中高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率、寬觀測(cè)帶寬性能，能綜合運(yùn)用可見光、紅外與微波遙感等觀測(cè)能力的先進(jìn)的環(huán)境與災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)手段，對(duì)中國環(huán)境與災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。

“高 分”系列衛(wèi)星

研究院積極參與中國高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)（簡稱“高分”專項(xiàng)）建設(shè)。截至2017年底，其研制的高分一號(hào)、二號(hào)、四號(hào)和三號(hào)4顆民用“高分”衛(wèi)星先后發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了高低軌結(jié)合、光學(xué)成像和雷達(dá)成像結(jié)合。2014年高分二號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)中國民用遙感衛(wèi)星亞米級(jí)光學(xué)遙感探測(cè)。

研究院研制的高分一號(hào)衛(wèi)星于2013年4月成功發(fā)射，它是“高分”專項(xiàng)的首發(fā)星，衛(wèi)星配置了2臺(tái)分辨率為全色2m/多光譜8m的高分辨率相機(jī)和4臺(tái)分辨率為16m的多光譜中分辨率寬幅相機(jī)。衛(wèi)星突破了高空間分辨率、多光譜與高時(shí)間分辨率結(jié)合的光學(xué)遙感技術(shù)，多載荷圖像拼接融合技術(shù)，高精度高穩(wěn)定度姿態(tài)控制技術(shù)，5～8年壽命高可靠低軌衛(wèi)星技術(shù)，高分辨率數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)。

高分二號(hào)衛(wèi)星于2014年8月成功發(fā)射，衛(wèi)星星下點(diǎn)像元分辨率為全色0．81m/多光譜3．24m，幅寬45km，實(shí)現(xiàn)了亞米級(jí)光學(xué)遙感探測(cè)。研制團(tuán)隊(duì)攻克了長焦距、大F數(shù)、輕型相機(jī)及衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題，提升了低軌道遙感衛(wèi)星長壽命高可靠性能。

高分一號(hào)衛(wèi)星在軌示意圖

研制中的高分四號(hào)衛(wèi)星

高分三號(hào)衛(wèi)星示意圖

高分四號(hào)衛(wèi)星于2015年12月成功發(fā)射，是中國“高分”專項(xiàng)首顆高軌光學(xué)成像衛(wèi)星，也是目前世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星。高分四號(hào)衛(wèi)星空間分辨率為50m，可觀察的面積大，能長期對(duì)某一地區(qū)固定連續(xù)觀察，在氣象觀測(cè)、應(yīng)急救災(zāi)、環(huán)境保護(hù)、國土普查等動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面都有很高的應(yīng)用價(jià)值。

高分三號(hào)衛(wèi)星于2016年8月成功發(fā)射，它是中國“高分”專項(xiàng)的首顆合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像衛(wèi)星，也是中國首顆分辨率達(dá)1m的C頻段多極化SAR衛(wèi)星。高分三號(hào)衛(wèi)星能夠全天候和全天時(shí)實(shí)現(xiàn)全球海洋和陸地信息的監(jiān)視監(jiān)測(cè)，可服務(wù)海洋、環(huán)境、水利及氣象等多個(gè)行業(yè)及業(yè)務(wù)部門。衛(wèi)星具備12種成像模式，除了傳統(tǒng)的條帶成像和掃描成像模式外，還包括面向海洋應(yīng)用的波成像和全球觀測(cè)成像模式，是世界上成像模式最多的SAR衛(wèi)星。

高分一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)衛(wèi)星在軌相互配合，共同推動(dòng)高分辨率數(shù)據(jù)應(yīng)用。獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國土資源調(diào)查、資源利用與環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)、災(zāi)情動(dòng)態(tài)評(píng)估、海洋和陸地監(jiān)視監(jiān)測(cè)、國家統(tǒng)計(jì)調(diào)查以及測(cè)繪行業(yè)的地圖修測(cè)等方面發(fā)揮了重要作用，對(duì)于促進(jìn)中國空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、培育衛(wèi)星應(yīng)用企業(yè)集群和產(chǎn)業(yè)鏈、推動(dòng)衛(wèi)星應(yīng)用和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展均有重大意義。

3 未來展望

研制院將持續(xù)研制“高分”、“資源”、“海洋”和環(huán)境減災(zāi)等系列的遙感衛(wèi)星。將研制運(yùn)行于高低不同軌道的、具備從可見光到微波不同譜段觀測(cè)手段的多顆“高分”衛(wèi)星，擁有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率、高觀測(cè)精度等觀測(cè)能力。近幾年，計(jì)劃發(fā)射高分五號(hào)衛(wèi)星；計(jì)劃發(fā)射高分一號(hào)業(yè)務(wù)星—高分一號(hào)B、C、D三顆衛(wèi)星，與高分一號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)，形成2m/8m高分?jǐn)?shù)據(jù)1天全球重訪觀測(cè)能力；發(fā)射高分六號(hào)衛(wèi)星，同時(shí)與高分一號(hào)組網(wǎng)，形成16m數(shù)據(jù)2天的全球覆蓋觀測(cè)能力。發(fā)射環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B光學(xué)衛(wèi)星，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)16m遙感數(shù)據(jù)全球1天的覆蓋觀測(cè)能力。2025年前，將發(fā)射資源三號(hào)03星、04星和高分七號(hào)業(yè)務(wù)星，為我國1：5萬—1：1萬測(cè)繪提供穩(wěn)定的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源。海洋觀測(cè)衛(wèi)星領(lǐng)域，將持續(xù)研制發(fā)射新一代海洋一號(hào)和海洋二號(hào)后續(xù)星，建設(shè)海洋水色衛(wèi)星星座和海洋動(dòng)力衛(wèi)星星座，并研制海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，不斷提高海洋觀測(cè)衛(wèi)星綜合觀測(cè)能力。研究院將持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，滿足國家在衛(wèi)星遙感領(lǐng)域的相關(guān)需求。