我國海洋衛(wèi)星發(fā)展綜述

● 文 |中國空間技術研究院總體部 張慶君 趙良波

海洋占地球表面面積的70%以上，是生命的搖籃，資源的寶庫，全球氣候的重要調節(jié)器，也是世界貿易的大通道。海洋是未來人類生存及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源基地，在政治、軍事和經濟上均具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義，是世界各臨海國家爭相開發(fā)利用的藍色疆土。開發(fā)利用海洋是解決當今全球資源短缺、人口膨脹、環(huán)境惡化的重要出路之一。人類社會的可持續(xù)發(fā)展必然越來越多地依賴海洋，海洋也將為人類社會的繁榮和發(fā)展做出越來越大的貢獻。

我國是世界上重要的海洋大國，大陸海岸線長約18000km，島岸線約14000km，沿海島嶼6500多個，按照聯(lián)合國海洋法公約和我國的主張，我國管轄的海域約300萬km2。因此，有效維護國家的海洋權益、合理開發(fā)利用海洋資源、切實保護海洋生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)海洋資源與環(huán)境的可持續(xù)利用，是時代賦予我們的歷史使命。大面積、高精度、全方位認識和管控海洋，發(fā)展海洋經濟，維護海洋開發(fā)環(huán)境安全，保障海洋權益是我國的重大海洋戰(zhàn)略。建立完善的海洋遙感調查監(jiān)測體系，擴大海洋衛(wèi)星的應用領域和范圍，能夠顯著提高對海洋的監(jiān)控能力，保障我國海洋經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，加快我國由海洋大國向海洋強國邁進的步伐。

一直以來，我國十分重視海洋衛(wèi)星及其探測技術的發(fā)展，目前已形成了以海洋一號（HY-1）系列衛(wèi)星、海洋二號（HY-2）系列衛(wèi)星及高分三號（GF-3）系列衛(wèi)星為代表的海洋水色、海洋動力環(huán)境及海洋監(jiān)視監(jiān)測系列衛(wèi)星，建立起了具有優(yōu)勢互補的海洋遙感衛(wèi)星觀測體系，并已發(fā)揮了顯著的社會和經濟效益[1]。

其中，海洋一號衛(wèi)星A星和B星（HY-1A/B）是我國自主研制的第一代海洋衛(wèi)星，主要用于海洋水色、水溫環(huán)境要素探測，服務于我國海洋生物資源開發(fā)利用、河口港灣的建設和治理、海洋污染監(jiān)測和防治、海岸帶資源調查和開發(fā)以及全球環(huán)境變化研究等領域[2]。海洋二號衛(wèi)星A星（HY-2A）不僅填補了我國海洋動力環(huán)境衛(wèi)星的空白，也是世界上第一顆集散射計、輻射計、高度計等微波主、被動觀測載荷于一體，可同時測量海面高度、海溫、風速、波高的海洋衛(wèi)星，在海洋防災減災、海洋環(huán)境預報、極地航線保障、大洋漁業(yè)、海洋調查與資源開發(fā)、海洋科學及應用研究和國際合作等領域發(fā)揮了重要作用。GF-3衛(wèi)星是我國科技重大專項“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”中唯一的雷達成像衛(wèi)星，能夠全天候和全天時實現(xiàn)全球海洋和陸地信息的監(jiān)視監(jiān)測，并通過左右姿態(tài)機動擴大對地觀測范圍、提升快速響應能力，其獲取的C頻段多極化微波遙感信息可服務于我國海洋、減災、水利及氣象等多個行業(yè)及業(yè)務部門，是我國實施海洋開發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測和防災減災的重要技術支撐[3]。

一、我國海洋衛(wèi)星發(fā)展歷程

我國在海洋衛(wèi)星方面經過多年的建設，取得了顯著進展，在2002年及2007年分別發(fā)射了HY-1A衛(wèi)星及HY-1B衛(wèi)星、2011年發(fā)射了HY-2A衛(wèi)星、2016年發(fā)射了兼顧海陸的GF-3衛(wèi)星，目前已經初步形成了海洋水色、海洋動力環(huán)境、海洋監(jiān)視監(jiān)測3個系列的海洋衛(wèi)星。

1. 海洋水色衛(wèi)星

我國第一顆海洋水色衛(wèi)星HY-1A衛(wèi)星，于2002年5月15日成功發(fā)射。它實現(xiàn)了我國海洋衛(wèi)星零的突破，完成了海洋水色功能及試驗驗證，使海洋水色信息提取與定量化應用水平得到了提高，促進了海洋遙感技術的發(fā)展，為我國的海洋衛(wèi)星發(fā)展奠定了技術基礎。HY-1A衛(wèi)星配置了1臺10譜段水色掃描儀及1臺4譜段CCD海岸帶成像儀，在軌運行期間，獲取了中國近海及全球重點海域的葉綠素濃度、海表溫度、懸浮泥沙含量、海冰覆蓋范圍、植被指數(shù)等動態(tài)要素信息以及珊瑚、島礁、淺灘、海岸地貌特征。我國第二顆海洋水色衛(wèi)星HY-1B衛(wèi)星，于2007年4月11日成功發(fā)射，該衛(wèi)星在HY-1A衛(wèi)星基礎上研制，其觀測能力和探測精度得到了進一步增強和提高，實現(xiàn)了我國海洋水色衛(wèi)星由試驗型向業(yè)務服務型的過渡[1]。

HY-1A/B衛(wèi)星的數(shù)據(jù)在海洋災害監(jiān)測、海洋環(huán)境預報與監(jiān)測、海洋資源開發(fā)與利用、海洋科學研究以及國際合作等多個領域均取得了良好的成果?；贖Y-1A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)開發(fā)制作了42種遙感產品，在海洋水色環(huán)境監(jiān)測、海表溫度監(jiān)測、海冰災害監(jiān)測、赤潮災害監(jiān)測、綠潮災害監(jiān)測等方面發(fā)揮了重要作用。

2. 海洋動力環(huán)境衛(wèi)星

我國第一顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星HY-2A衛(wèi)星，于2011年8月16日成功發(fā)射，設計壽命3年，目前仍在軌運行。其主要使命是監(jiān)測和調查海洋動力環(huán)境，獲得包括海面風場、浪高、海流、海面溫度等多種海洋動力環(huán)境參數(shù)，直接為災害性海況預警預報提供實測數(shù)據(jù)，為海洋防災減災、海洋環(huán)境預報、海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境監(jiān)測以及極地航線保障等提供支撐服務[4]。HY-2A衛(wèi)星研制過程中，突破了高定量化有效載荷、精密測定軌、星地雙向激光通信、大擾動下高精度姿態(tài)控制等多項關鍵技術，在多個技術領域填補了國內空白并達到國際先進水平，創(chuàng)造了我國衛(wèi)星研制的多項第一，實現(xiàn)了我國衛(wèi)星研制技術的跨越，彰顯了我國衛(wèi)星關鍵核心部件自主研發(fā)能力。

HY-2A衛(wèi)星配置了雷達高度計、微波散射計、掃描輻射計、校正輻射計等多種主、被動微波載荷，通過HY-2A衛(wèi)星獲得的數(shù)據(jù)提高了中國海洋環(huán)境監(jiān)測與災害性海況預報的水平，為國民經濟建設和國防建設、海洋科學研究、全球變化研究等提供了可靠的遙感數(shù)據(jù)，同時還在國際對地觀測體系中發(fā)揮了重要作用，受到國內外用戶的高度認可。

3. 海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星

GF-3衛(wèi)星是我國首顆兼顧海陸觀測的民用雷達成像衛(wèi)星，于2016年8月10日成功發(fā)射。GF-3衛(wèi)星能夠全天候和全天時實現(xiàn)全球海洋和陸地信息的監(jiān)視監(jiān)測，并通過左右姿態(tài)機動擴大對地觀測范圍、提升快速響應能力。作為我國自主研制的首顆C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星，GF-3衛(wèi)星研制過程中攻克了整星機電熱一體化設計、多極化相控陣天線、高精度SAR內定標、大型相控陣SAR天線展開機構、大熱耗SAR天線熱控、脈沖大功率供電、大撓性星體條件下衛(wèi)星控制等多項關鍵技術，綜合性能達到國際先進水平[3]。

GF-3衛(wèi)星的成像分辨率從1m到500m，成像幅寬從10km到650km。在海洋應用方面，GF-3衛(wèi)星不但可以監(jiān)測我國臨近海域的風暴潮、熱帶氣旋、海冰、海面溢油、綠潮等，也可以監(jiān)視海岸帶、海面船舶、島礁人工設施、海上石油平臺等，可以為災害監(jiān)測和評估、應對重大環(huán)境事件提供地理空間信息支持。GF-3衛(wèi)星的業(yè)務化應用，極大改善了我國民用天基高分辨率SAR圖像全部依靠進口的狀態(tài)，為國內各行業(yè)用戶提供了高質量、高精度對地觀測數(shù)據(jù)。自發(fā)射以來，分發(fā)各級數(shù)據(jù)產品超過50萬景，在應急監(jiān)測中作用突出，已成為我國實施海洋開發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測和防災減災的重要技術支撐。

二、我國海洋衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃

根據(jù)海洋強國戰(zhàn)略在海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護、海域使用管理、極地大洋管理和海洋權益維護等方面的需求，我國應大力發(fā)展海洋系列衛(wèi)星，為海洋災害的監(jiān)測和防災減災建設提供全方位的信息服務，穩(wěn)步推進海洋水色、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測系列衛(wèi)星體系及海洋衛(wèi)星星座的構建。

發(fā)展和利用海洋衛(wèi)星，可以經濟、方便地對大面積海域實現(xiàn)實時、同步、連續(xù)地監(jiān)測，提高海洋環(huán)境與災害的監(jiān)測、預報和預警能力。針對海洋系列衛(wèi)星的研制工作，《國家“十二五”海洋科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》明確指出，推進以海洋水色水溫、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測等3個系列衛(wèi)星為主的我國自主海洋衛(wèi)星與衛(wèi)星海洋應用體系建設，發(fā)展定量化遙感技術、多源衛(wèi)星遙感資料的融合技術、海洋衛(wèi)星資料分發(fā)技術、遙感業(yè)務化應用技術和新遙感器應用技術。

在 《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015年～ 2025年）》 中專門規(guī)劃了海洋觀測衛(wèi)星系列，服務于中國的海洋資源開發(fā)、環(huán)境保護、防災減災、權益維護、海域使用管理、海島海岸帶調查和極地大洋考察等方面，同時兼顧陸地和大氣觀測領域的需求。

2017年12月22日，國家海洋局和國家國防科技工業(yè)局聯(lián)合發(fā)布了《海洋衛(wèi)星業(yè)務發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。《海洋衛(wèi)星業(yè)務發(fā)展“十三五”規(guī)劃》是落實黨的十九大報告中提出的“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設海洋強國”和《國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》關于“堅持陸海統(tǒng)籌，發(fā)展海洋經濟，科學開發(fā)海洋資源，保護海洋生態(tài)環(huán)境，維護海洋權益，建設海洋強國”，強化海洋科技的創(chuàng)新引領、驅動支撐作用和業(yè)務化服務保障能力的具體舉措。

《海洋衛(wèi)星業(yè)務發(fā)展“十三五”規(guī)劃》圍繞海洋衛(wèi)星體系建設和衛(wèi)星海洋應用，在體系建設方面，強調加快衛(wèi)星和地面系統(tǒng)的建設，形成海洋水色、海洋動力、海洋監(jiān)視監(jiān)測3個系列海洋衛(wèi)星體系；在能力提升方面，提出加強服務能力建設和應用能力提升，提高衛(wèi)星在海洋業(yè)務中的貢獻率；在開放創(chuàng)新方面，強調建立覆蓋研制、應用、產業(yè)等全鏈條創(chuàng)新體系，著重提升深度參與國際海洋治理的能力。到2020年，完善海洋衛(wèi)星觀測體系，進一步完善構建3個系列海洋衛(wèi)星，形成具有對全球海域連續(xù)高頻次觀測覆蓋的能力；突破新型遙感載荷研制和數(shù)據(jù)處理關鍵技術，實現(xiàn)寬刈幅、高精度、高分辨、多要素、多尺度海洋環(huán)境信息的連續(xù)獲取能力；建設完善海洋衛(wèi)星地面系統(tǒng)，具備同時運行管理多顆在軌衛(wèi)星的能力，衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、分發(fā)與共享服務時效性普遍優(yōu)于3h，應急情況下優(yōu)于30min；開發(fā)基于自主海洋衛(wèi)星的多源數(shù)據(jù)融合分析系統(tǒng)和資料同化技術，自主衛(wèi)星數(shù)據(jù)在海洋應用中比例達到80%以上；實現(xiàn)遙感技術在突發(fā)應急事件、極地考察、大洋調查、藍色經濟發(fā)展和海上安全保障等方面的有效保障服務。

三、我國海洋衛(wèi)星發(fā)展建議

經過多年的發(fā)展建設，我國海洋衛(wèi)星從無到有、探測能力不斷提高，取得了顯著的成績和進展?！笆濉逼陂g，我國海洋衛(wèi)星實現(xiàn)了從單一型號到多種型譜、從試驗應用向業(yè)務服務的轉變，向系列化、業(yè)務化的方向快速邁進。海洋衛(wèi)星在海洋權益維護、海洋開發(fā)管理、海洋環(huán)境保護、海洋防災減災和海洋科學研究等領域的作用進一步凸顯。海洋衛(wèi)星體系基本建立，應用成果顯著，國際影響大幅提升?！笆濉逼陂g，根據(jù)國家發(fā)展和“一帶一路”建設的實施，在加快建設海洋強國、維護海洋權益和加快發(fā)展海洋經濟的進程中，對海洋衛(wèi)星和海洋遙感的發(fā)展也提出了更高的要求和更緊迫的需求。

當前在充分繼承已有HY-1A/B、HY-2A、GF-3衛(wèi)星成功研制經驗和應用成果的基礎上，應優(yōu)先發(fā)展后續(xù)業(yè)務衛(wèi)星，保障海洋水色、海洋動力、海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)穩(wěn)定運行，完善要素重訪能力，同步發(fā)展海洋鹽度探測等新要素觀測手段[5]，逐步形成全要素的海洋監(jiān)視監(jiān)測系統(tǒng)；針對海洋強國戰(zhàn)略需求，發(fā)展新一代海洋水色、新一代極軌海洋動力衛(wèi)星，促進系統(tǒng)升級換代，與在軌衛(wèi)星協(xié)同，大幅提高海洋衛(wèi)星業(yè)務化服務能力；至2025年，形成穩(wěn)定運行的高質量業(yè)務化海洋衛(wèi)星體系；繼續(xù)發(fā)展新一代海洋水色業(yè)務星、新一代海洋動力衛(wèi)星業(yè)務星，同步發(fā)展高軌海洋與海岸帶監(jiān)測、高軌海洋微波星等觀測系統(tǒng)，建成功能完備的海洋觀測系統(tǒng)，海洋衛(wèi)星技術能力、運行規(guī)模、應用水平達到國際先進水平。

通過海洋衛(wèi)星高、低軌搭配觀測，對海洋水色、海洋動力及監(jiān)視監(jiān)測等需求均可提供連續(xù)穩(wěn)定的觀測數(shù)據(jù)，全面支持海洋防災減災、海洋環(huán)境保護、海洋資源調查與服務、海洋維權執(zhí)法、海島管理、海域使用管理、極地與大洋科學考察等業(yè)務應用，使我國成為國際上主要的海洋觀測數(shù)據(jù)源，為我國海洋利益拓展提供強大支持。

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[4]王睿，徐浩，張歡，賈宏. 海洋二號衛(wèi)星特點及應用，中國航天[J]. 2012（10）：7-11.

[5]張慶君，殷小軍，蔣昱. 發(fā)展海洋鹽度衛(wèi)星完善我國海洋動力衛(wèi)星觀測體系[J] . 航天器工程，2017，26（1）：1-5.