印度對地觀測衛(wèi)星最新發(fā)展

吳延龍（中國空間技術(shù)研究院）

1　引言

印度于20世紀80年代開始著手獨立自主地發(fā)展對地觀測衛(wèi)星技術(shù)，以獲得長期、連續(xù)的天基觀測能力，建立了“國家自然環(huán)境資源管理系統(tǒng)”（NNRMS）。印度利用有限的航天預算通過國際合作和自主研發(fā)建設(shè)了兩大系統(tǒng)，其中低地球軌道部分主要為“印度遙感衛(wèi)星”（IRS）系列，地球靜止軌道部分為“印度衛(wèi)星”（INSAT）系列，后來又因本國應(yīng)用需要發(fā)展了“雷達成像衛(wèi)星”（RISAT）系列等。隨著衛(wèi)星種類和型號日益繁多，印度將IRS系列分為“制圖衛(wèi)星”（CartoSat）、“資源衛(wèi)星”（ResourceSat）和“海洋衛(wèi)星”（OceanSat）三大系列。這些對地觀測衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃、海洋制圖、災(zāi)害監(jiān)測、考古測量等多個領(lǐng)域，對印度的國防安全和國民經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大的推動作用。

為了促進航天領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，印度制定了連續(xù)的五年航天發(fā)展規(guī)劃，將航天作為提升印度國際地位和航天競爭力的重要戰(zhàn)略領(lǐng)域，將對地觀測作為重點發(fā)展領(lǐng)域；建立了完備的航天研究機構(gòu)，不斷加大航天預算投入，通過寓軍于民、工業(yè)參與、國際合作等方式，全方位提升其航天競爭能力，對地觀測能力不斷提升，縮短了與美國、歐洲等世界航天強國的差距。

2　印度對地觀測衛(wèi)星現(xiàn)役能力及未來發(fā)展

整體來看，印度目前的對地觀測衛(wèi)星均由印度航天部出資和所有，由ISRO負責發(fā)展和運管，印度對外并不承認有軍用衛(wèi)星，但從系統(tǒng)能力和應(yīng)用來看，印度發(fā)展的CartoSat和RISAT衛(wèi)星系列能應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，因此具有軍事屬性，但從衛(wèi)星的所有方和投資方來看，印度至今發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星均為民用對地觀測衛(wèi)星，但可應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

截至2018年6月底，印度共有23顆對地觀測衛(wèi)星在軌運行（14顆已經(jīng)超期服役），約占國外在軌對地觀測衛(wèi)星總數(shù)的4.2%，與絕對領(lǐng)先的美國存在較大的差距，與俄羅斯、日本數(shù)量相當。印度目前發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星主要包括CartoSat、OceanSat、ResourceSat、RISAT、INSAT等系列，同時還通過國際合作的方式發(fā)展了一些衛(wèi)星，包括“薩拉爾”（SARAL）衛(wèi)星、“熱帶云”（Megha-Tropiques）衛(wèi)星等。

與美國、俄羅斯、歐洲等世界主要航天國家類似，印度也非常注重對地觀測能力的連續(xù)性，預先規(guī)劃了測繪制圖、資源監(jiān)測、海洋應(yīng)用、氣象應(yīng)用等多類型、多手段的對地觀測衛(wèi)星，目前這些衛(wèi)星項目正在穩(wěn)步推進，能力比現(xiàn)役系統(tǒng)更為先進。

印度后續(xù)對地觀測衛(wèi)星發(fā)展計劃

CartoSat系列

CartoSat是IRS系統(tǒng)的三大系列之一，是印度發(fā)展的專用測繪衛(wèi)星系列，為印度軍民用戶提供衛(wèi)星測繪和制圖信息。印度2012年10月頒布《印度航天十二五規(guī)劃》，提出研制下一代CartoSat－3專用測繪衛(wèi)星。在印度航天部“2013—2014財年撥款需求注意事項”中，CartoSat－3衛(wèi)星作為獨立項目分配到200萬美元。CartoSat－3系列衛(wèi)星與CartoSat－2系列相比，圖像質(zhì)量更高，技術(shù)能力大幅提升，質(zhì)量約600kg，將具有全色、多光譜、高光譜成像能力，最高分辨率達0.25m，達到世界先進水平。

RISAT系列

RISAT是印度發(fā)展的軍民兩用雷達成像衛(wèi)星系列，能夠全天時、全天候進行高分辨率成像偵察，與光學成像衛(wèi)星互為補充，主要為印度政府和軍方提供雷達圖像數(shù)據(jù)。印度的天基雷達成像技術(shù)并不成熟，其自主研發(fā)的RISAT－1和向外采購的RISAT－2衛(wèi)星在某些方面還是存在差距，例如衛(wèi)星過于龐大，超過了近5倍，主要是因為二者的設(shè)計方案不同所致。但在成像模式和極化方式等方面略勝一籌，更全面一些，但分辨率過低。印度已經(jīng)規(guī)劃了RISAT－1A、3和4衛(wèi)星。RISAT－1A為C頻段衛(wèi)星，是RISAT－1的后繼星。據(jù)推測，RISAT－3衛(wèi)星即為“十一五”期間規(guī)劃的L頻段SAR衛(wèi)星，最高分辨率1.5m，幅寬10km。

ResourceSat系列

ResourceSat衛(wèi)星系列的主要目標是為陸地和水域資源管理提供連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)，2016年印度新發(fā)射了ResourceSat－2A衛(wèi)星，是ResourceSat－2的后續(xù)任務(wù)，主要為用戶提供連續(xù)的數(shù)據(jù)服務(wù)。ISRO已規(guī)劃了后續(xù)2顆ResourceSat衛(wèi)星，即ResourceSat－3和3A衛(wèi)星，兩顆衛(wèi)星基本相同。

OceanSat系列

OceanSat是印度發(fā)展的海洋觀測衛(wèi)星，主要用于探測海洋環(huán)境，之前發(fā)射的2顆衛(wèi)星OceanSat－1和2已經(jīng)退役，但后續(xù)衛(wèi)星還未研發(fā)完成，因此印度于2016年發(fā)射了SCATSAT－1衛(wèi)星，用于接替OceanSat－2衛(wèi)星上的掃描散射計，在OceanSat－3衛(wèi)星發(fā)射前提供連續(xù)服務(wù)。SCATSAT－1衛(wèi)星載有Ku頻段海洋散射計－2（OSCAT－2），是OceanSat－2星上散射計的改進型，用于獲取海洋表面風測量數(shù)據(jù)。印度原計劃2016年發(fā)射OceanSat－3衛(wèi)星，但目前至少延遲到2018年。另外已經(jīng)規(guī)劃在2022年發(fā)射與OceanSat－3相同的OceanSat－3A衛(wèi)星。

INSAT系列

印度發(fā)射了氣象衛(wèi)星INSAT－2013年，3D，用于替代2002年發(fā)射的MetSat－1衛(wèi)星。與MetSat－1衛(wèi)星相比，INSAT－3D衛(wèi)星的成像系統(tǒng)顯著改善，在可見光和熱紅外波段具有更高的空間分辨率。2016年，印度又發(fā)射了與INSAT－3D衛(wèi)星相同的INSAT－3DR衛(wèi)星。印度計劃2022年發(fā)射INSAT－3DS衛(wèi)星。INSAT系列專用氣象衛(wèi)星載有6通道成像儀和19通道探測儀氣象載荷，獲取的數(shù)據(jù)與美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）共享，換取美國的氣象觀測數(shù)據(jù)，加強印度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，縮短滯后時間。

SARAL系列

印度和法國還于2013年合作發(fā)射了“薩拉爾”（SARAL）海洋探測衛(wèi)星，其上搭載了世界上首臺Ka頻段雷達高度計（AltiKa），代表了世界最先進水平，提高了測高精度和水平分辨率?？偟膩碚f，SARAL衛(wèi)星屬于新型雷達高度計的技術(shù)驗證衛(wèi)星，將為后續(xù)衛(wèi)星和相關(guān)技術(shù)的開發(fā)提供寶貴經(jīng)驗和借鑒。

Environsat系列

環(huán)境是印度感興趣的新領(lǐng)域，ISRO計劃未來發(fā)射3顆“環(huán)境衛(wèi)星”（Environsat），專用于監(jiān)測溫室氣體和氣溶膠的排放。國家氣候與環(huán)境科學研究所（NICE）在印度空間研究組織及環(huán)境和森林部的倡議下，將提供4億盧比（870萬美元）的經(jīng)費。NICE將安排100名科學家研究氣候變化對環(huán)境的長期影響，特別是對農(nóng)業(yè)和水資源的影響。

GISAT衛(wèi)星

印度早在“印度航天十一五規(guī)劃”（2007－2012年）中就提出要發(fā)展地球靜止軌道成像衛(wèi)星，并于2012年開始啟動“地球靜止軌道成像衛(wèi)星”（GISAT）的研制工作。2012年，GISAT衛(wèi)星項目獲得5億盧比（910萬美元）的預算撥款，用于GISAT衛(wèi)星的初步研究工作。

GISAT衛(wèi)星用于提供感興趣區(qū)域和印度大面積區(qū)域的近實時圖像數(shù)據(jù)，加強對印度國防邊界的偵察和持續(xù)監(jiān)視能力。GISAT衛(wèi)星將搭載靜止軌道成像儀，具有可見光、近紅外和熱紅外多個譜段，分辨率為50m～1.5km。GISAT衛(wèi)星可以每隔5min對選定的小面積區(qū)域進行1次成像，也可以每隔30min對印度整個國土范圍進行1次成像。發(fā)展地球靜止軌道成像衛(wèi)星是解決成像衛(wèi)星在時間分辨率、空間分辨率、衛(wèi)星規(guī)模之間矛盾的一個有效途徑。

其他項目

此外，印度還規(guī)劃了“技術(shù)試驗衛(wèi)星-高光譜”（TES-Hys），演示未來高光譜衛(wèi)星的技術(shù)，以及用于災(zāi)害管理的“動態(tài)多基合成孔徑雷達”（DMSAR）衛(wèi)星項目。這兩顆衛(wèi)星已在印度空間研究組織新的對地觀測任務(wù)預算范疇予以考慮，但2014年沒有預算撥款。

2016年7月，印度ISRO與美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）宣布聯(lián)合開發(fā)雙頻（L和S頻段）合成孔徑雷達成像衛(wèi)星，命名為NASA-ISRO合成孔徑雷達（NISAR）。NISAR衛(wèi)星獲取的L和S頻段數(shù)據(jù)可應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，包括自然資源測繪和監(jiān)測，評估農(nóng)作物整個生長周期，評估土壤濕度，監(jiān)測洪水和浮油，監(jiān)測海岸侵蝕、海岸線變化和沿海水域風的變化，評估紅樹林，研究地表變化等。

3　小結(jié)

印度的航天發(fā)展起步并不早，通過持續(xù)發(fā)布5年規(guī)劃和穩(wěn)定增長的預算投入，引導并促進航天事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。至2017年，印度的“十二五”規(guī)劃就圓滿結(jié)束，印度已開始從5年規(guī)劃模式轉(zhuǎn)向更長遠的規(guī)劃方式，將制定長期愿景（15年路線圖）、中期規(guī)劃（7年國家發(fā)展計劃）和短期計劃（3年行動計劃），將規(guī)劃周期從5年擴展至15年，這種短、中、長相結(jié)合的規(guī)劃方式更有利于實現(xiàn)航天發(fā)展的長遠目標和航天技術(shù)能力的研發(fā)儲備。目前，印度已經(jīng)構(gòu)建了較為完備的天基對地觀測體系，但部分領(lǐng)域仍存在空白，如印度只有軍民衛(wèi)星系統(tǒng)，缺少純商用系統(tǒng)，商業(yè)航天發(fā)展尚處起步階段，在由美、歐壟斷的國際對地觀測市場中份額較少；高分、中低分衛(wèi)星兼?zhèn)?，光學、雷達、海洋、氣象衛(wèi)星種類多樣，但缺少電子偵察衛(wèi)星和視頻成像能力；在軌衛(wèi)星規(guī)模不大，年度發(fā)射數(shù)量較少等。隨著印度瞄準國際領(lǐng)先水平，加速高分辨率遙感能力建設(shè)，其對地觀測體系完備度和能力都將進一步完善并提高。