中國(guó)資源衛(wèi)星：星漢燦爛二十年

文/楊詩瑞

資源衛(wèi)星是專門用于探測(cè)和研究地球資源的衛(wèi)星，分為陸地資源衛(wèi)星和海洋資源衛(wèi)星等。資源衛(wèi)星一般位于太陽同步軌道，采用遙感技術(shù)，能夠全面、迅速提供有關(guān)地球資源情況，對(duì)開發(fā)資源和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要作用，因此，其研發(fā)和應(yīng)用受到了各航天國(guó)家的重視和關(guān)注。

1986年，資源一號(hào)衛(wèi)星立項(xiàng)，標(biāo)志著我國(guó)開始首顆傳輸型光學(xué)遙感衛(wèi)星的研制。1988年8月，中國(guó)與巴西開展資源衛(wèi)星合作。1999年10月，中巴資源衛(wèi)星01星（也稱資源一號(hào)衛(wèi)星）成功發(fā)射。發(fā)射成功的20年來，我國(guó)資源系列衛(wèi)星家族日益壯大，技術(shù)水平不斷提升，對(duì)我國(guó)乃至世界國(guó)土資源、農(nóng)林水利、環(huán)境保護(hù)、減災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)、規(guī)劃和管理發(fā)揮著重要的作用，推動(dòng)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活改善。

資源衛(wèi)星家族日益壯大

截至今年，我國(guó)已陸續(xù)發(fā)射多顆中巴地球資源衛(wèi)星（以下均稱“資源一號(hào)”）、資源二號(hào)和資源三號(hào)衛(wèi)星。資源一號(hào)衛(wèi)星包括01星、02星、02B星、02C星、02D星和04星，資源二號(hào)衛(wèi)星已發(fā)射01星、02星和03星，資源三號(hào)已發(fā)射01星和02星。這其中部分衛(wèi)星已經(jīng)退役，后續(xù)衛(wèi)星尚處于預(yù)備發(fā)射、立項(xiàng)規(guī)劃或研制階段。資源衛(wèi)星家族成員梯次接替、生生不息，譜系不斷擴(kuò)充，也見證了我國(guó)測(cè)繪地理信息領(lǐng)域的興盛繁榮。

資源衛(wèi)星各負(fù)使命，資源一號(hào)01星、02星分別于1999年10月和2003年10月發(fā)射，是我國(guó)第一代傳輸型地球資源衛(wèi)星，最初定位為“百家星”，遙感數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)礦產(chǎn)、能源、土地、環(huán)保、海洋、測(cè)繪、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等眾多國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域服務(wù)。

2000年9月，我國(guó)自行研制的資源二號(hào)01星發(fā)射升空，相較資源一號(hào)01星，其總體技術(shù)性能有了新的發(fā)展和提高，主要用于城市規(guī)劃、農(nóng)作物估產(chǎn)和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。2002年10月和2004年11月，資源二號(hào)02星、03星成功發(fā)射，在太空呈現(xiàn)出“三星高照”的態(tài)勢(shì)，交相輝映，配合工作，服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

▲ 資源一號(hào)衛(wèi)星

資源一號(hào)01星、02星的成功應(yīng)用，為中巴進(jìn)一步深化合作增添信心，03星、04星的合作計(jì)劃延續(xù)而出。但由于研制進(jìn)展緩慢，且02星發(fā)生星上電源故障，影響預(yù)期壽命，為保證遙感數(shù)據(jù)的連續(xù)性，2007年9月和2011年12月，資源一號(hào)02B、02C星先后發(fā)射升空，開啟組網(wǎng)觀測(cè)，確保系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2012年1月，資源三號(hào)01星發(fā)射升空，這是我國(guó)首顆自主民用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星，通過立體觀測(cè)，可測(cè)制1:5萬比例尺地形圖，為國(guó)土資源、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域提供服務(wù)。2016年5月，資源三號(hào)02星成功發(fā)射，與01星組網(wǎng)運(yùn)行，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分辨率和精度，縮短重訪周期，極大改善了我國(guó)自主高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足的局面，進(jìn)一步豐富和完善了衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用體系。

2014年12月，資源一號(hào)04星成功發(fā)射，成為中巴合作新的里程碑。這是我國(guó)第二代資源衛(wèi)星，重點(diǎn)為中國(guó)、巴西和非洲地區(qū)提供中等分辨率遙感數(shù)據(jù)。2019年9月，資源一號(hào)02D衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，接替資源一號(hào)02C星的任務(wù)，滿足新時(shí)期自然資源監(jiān)測(cè)與調(diào)查、地礦勘探、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)等需求。

南南合作典范

我國(guó)資源系列衛(wèi)星20年間經(jīng)歷了起步發(fā)展、技術(shù)跨越和科研向應(yīng)用轉(zhuǎn)變?nèi)齻€(gè)階段，先后成功發(fā)射6顆衛(wèi)星，在軌運(yùn)行時(shí)間均超過設(shè)計(jì)壽命，取得了輝煌的成就，更是被譽(yù)為南南合作的典范。

▲ 資源一號(hào)04星交付運(yùn)行

1988年，我國(guó)與巴西開展合作，以我國(guó)資源一號(hào)衛(wèi)星總體方案為基礎(chǔ)，以當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)的地球資源衛(wèi)星性能設(shè)計(jì)為目標(biāo)，開始研制工作。星上配置多光譜CCD相機(jī)、紅外相機(jī)等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，性能達(dá)到20世紀(jì)90年代初國(guó)際先進(jìn)水平。

隨后，中巴合作研制03、04星，技術(shù)性能大幅改進(jìn)，分辨率提升到全色5米/多光譜10米，紅外譜段分辨率提高到短波40米/長(zhǎng)波80米。其間接替的02B星使用2.36米全色高分辨率相機(jī)，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)分辨率最高的民用遙感衛(wèi)星，也是首顆同步獲取全色多光譜圖像的光學(xué)遙感衛(wèi)星，02C星研制過程以分析仿真代替初樣驗(yàn)證，極大節(jié)省了研制經(jīng)費(fèi)。02B星、02C星和03/04星達(dá)到21世紀(jì)初國(guó)際先進(jìn)水平,具有可見光全色高分辨、多光譜以及紅外等多譜段的綜合遙感信息獲取能力。

經(jīng)歷了前期的跨越式發(fā)展和圖像數(shù)據(jù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，從資源一號(hào)04星和02D星開始，資源衛(wèi)星設(shè)計(jì)從過去的重技術(shù)指標(biāo)向重用戶體驗(yàn)轉(zhuǎn)變，從重技術(shù)跨越向重優(yōu)質(zhì)服務(wù)轉(zhuǎn)變。

04星配置全色/多光譜CCD相機(jī)和寬視場(chǎng)相機(jī)等四臺(tái)光學(xué)載荷，覆蓋了可見光到熱紅外譜段，具備全天候的成像能力，并以覆蓋特性為主要設(shè)計(jì)條件進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)，可在較短時(shí)間內(nèi)完成全球陸域范圍的覆蓋。02D星又稱5米光學(xué)衛(wèi)星，吸收用戶對(duì)02C星應(yīng)用過程中的改進(jìn)需求，配置了9譜段可見近紅外相機(jī)和166譜段高光譜相機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)8個(gè)多光譜同時(shí)對(duì)地觀測(cè)，逐步實(shí)現(xiàn)我國(guó)中分辨率遙感數(shù)據(jù)的國(guó)產(chǎn)化，大大降低對(duì)國(guó)外數(shù)據(jù)的購置費(fèi)用。

中巴合作影響長(zhǎng)遠(yuǎn)。巴西研究人員均有在歐空局學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，工作規(guī)范，起點(diǎn)較高，我國(guó)通過合作引入國(guó)際先進(jìn)的項(xiàng)目管理理念和航天標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升研制能力和管理水平，為我國(guó)航天對(duì)標(biāo)國(guó)際、走向世界奠定了良好基礎(chǔ)。巴西在合作過程中不斷完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高衛(wèi)星總裝測(cè)試能力，建成完整的衛(wèi)星研制、在軌管理和數(shù)據(jù)處理分發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施。雙方突破原來的壁壘，實(shí)現(xiàn)了各自的超越發(fā)展，共同將資源一號(hào)衛(wèi)星打造成為世界范圍內(nèi)具有重要影響并發(fā)揮重要作用的具備中高分辨率、全球觀測(cè)能力的衛(wèi)星系列。

資源二號(hào)、三號(hào)衛(wèi)星接力發(fā)展

在與資源一號(hào)系列衛(wèi)星并行發(fā)展的道路上，我國(guó)積極推動(dòng)自主研制的民用資源二號(hào)、三號(hào)系列衛(wèi)星建設(shè)。

資源二號(hào)衛(wèi)星配備紅外和可見光照相機(jī)、多光譜掃描儀、微波輻射計(jì)、多功能雷達(dá)、重力及磁力遙感等多種遙感遙測(cè)設(shè)備，設(shè)計(jì)上采用公用平臺(tái)思想設(shè)計(jì)，并貫徹了通用化、系列化、組合化設(shè)計(jì)思想，其電源、星務(wù)管理、熱控、測(cè)控等服務(wù)系統(tǒng)可靠性高、功能全、能力強(qiáng)，性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，榮獲2003年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

▲ 資源三號(hào)衛(wèi)星構(gòu)型圖

與此同時(shí)，衛(wèi)星實(shí)施研制合同管理制，研制隊(duì)伍采取一系列加強(qiáng)質(zhì)量、增強(qiáng)可靠性的措施，包括實(shí)行總體與專業(yè)測(cè)試隊(duì)伍分離，有針對(duì)性地進(jìn)行衛(wèi)星長(zhǎng)期加電模飛試驗(yàn)，加強(qiáng)衛(wèi)星在軌維護(hù)等。在全新平臺(tái)、全新有效載荷的高難度大衛(wèi)星中，資源二號(hào)衛(wèi)星譜寫了首次發(fā)射成功立即投入使用和長(zhǎng)期成功運(yùn)行的新紀(jì)錄。衛(wèi)星運(yùn)行期間，向地面?zhèn)鬏數(shù)膱D像清晰、層次豐富、信息量大，深受用戶好評(píng)。

▲ 資源三號(hào)衛(wèi)星影像

資源三號(hào)01星搭載有三線陣相機(jī)、多光譜相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和圖像數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，集測(cè)繪和資源調(diào)查功能于一體，可以長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取覆蓋全國(guó)的高分辨率立體影像和多光譜影像以及輔助數(shù)據(jù)，打破對(duì)國(guó)外高分辨衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的依賴。01星有效覆蓋了我國(guó)陸海全境約98%以上面積，為我國(guó)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、“天地圖”公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)等國(guó)家重大測(cè)繪工程，發(fā)揮了核心數(shù)據(jù)源的重要作用。

為推進(jìn)科學(xué)發(fā)展、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，2015年10月，我國(guó)發(fā)布國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展十年規(guī)劃。資源三號(hào)02星是規(guī)劃發(fā)布后首顆遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星，主要載荷為三線陣相機(jī)、多光譜相機(jī)和激光測(cè)距儀，02星具有更高的立體影像分辨能力和高程測(cè)量精度，極大拓展了衛(wèi)星影像的地物分辨能力。雙星組網(wǎng)可將重訪周期縮短到3天，進(jìn)一步提高我國(guó)立體測(cè)圖的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，確保高分辨率立體測(cè)繪數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定獲取。

資源三號(hào)衛(wèi)星的研制、發(fā)展和應(yīng)用填補(bǔ)了民用測(cè)繪衛(wèi)星的空白，對(duì)于增強(qiáng)我國(guó)獨(dú)立獲取地理空間信息的能力，解決基礎(chǔ)地理信息資源戰(zhàn)略性短缺，提高國(guó)土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)能力，推動(dòng)測(cè)繪事業(yè)和地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具有重要意義。

▲ 資源一號(hào)02C星拍攝的美國(guó)亞特蘭大地區(qū)圖像

技術(shù)不斷發(fā)展

資源系列衛(wèi)星在我國(guó)遙感衛(wèi)星的發(fā)展歷程中具有里程碑式的作用。資源一號(hào)01星研制技術(shù)起點(diǎn)高、涉及新技術(shù)面廣、發(fā)展?jié)摿Υ?，開啟了我國(guó)長(zhǎng)壽命、三軸姿態(tài)控制、中低軌道太陽同步對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)展應(yīng)用的新紀(jì)元，為后續(xù)該系列衛(wèi)星研制奠定了重要基礎(chǔ)。之后的資源二號(hào)衛(wèi)星，資源一號(hào)02B星、04星，資源三號(hào)衛(wèi)星等不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)能力和科研管理等領(lǐng)域的突破，分別達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際領(lǐng)先水平。

資源衛(wèi)星研制過程推動(dòng)了遙感衛(wèi)星平臺(tái)的技術(shù)進(jìn)步?？蒲泄ぷ髡邎?jiān)持衛(wèi)星平臺(tái)公用化設(shè)計(jì)思想，瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，形成了一個(gè)高性能、高可靠的陸地遙感衛(wèi)星平臺(tái)，增強(qiáng)衛(wèi)星對(duì)不同載荷的適應(yīng)性，也帶動(dòng)了其他空間遙感項(xiàng)目。資源衛(wèi)星平臺(tái)突破太陽同步回歸凍結(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)、短期大功率負(fù)載熱控制和地面試驗(yàn)驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)，堅(jiān)持重要零部件的國(guó)產(chǎn)化。資源一號(hào)衛(wèi)星首次采用S波段測(cè)控體制和星上數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提升了星地?cái)?shù)據(jù)交互與星上數(shù)據(jù)管理能力，兩個(gè)系統(tǒng)隨之也推廣應(yīng)用到其它型號(hào)衛(wèi)星。

資源衛(wèi)星研制推動(dòng)了光學(xué)遙感載荷設(shè)計(jì)、制造等技術(shù)發(fā)展。從資源一號(hào)01/02星光學(xué)載荷的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到03/04星的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)計(jì)和仿真分析，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了試驗(yàn)成本；光學(xué)載荷的光譜響應(yīng)測(cè)試、內(nèi)方位元素測(cè)試等方法從無到有，實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)等測(cè)試精度逐步提高，豐富的測(cè)試方法和更高精度確保了載荷的成像性能；加工制造技術(shù)的提高進(jìn)一步提升光學(xué)載荷性能。

此外，資源衛(wèi)星建設(shè)過程中建起了衛(wèi)星輻射幾何一體化仿真平臺(tái)，建立了高分辨率衛(wèi)星遙感幾何檢校場(chǎng)，突破了遙感衛(wèi)星的精密定軌定姿技術(shù)等一系列關(guān)聯(lián)技術(shù)，全面提升衛(wèi)星性能,助推航天測(cè)繪事業(yè)發(fā)展壯大。

經(jīng)過資源衛(wèi)星的應(yīng)用示范和市場(chǎng)培育，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，推動(dòng)各行各業(yè)遙感技術(shù)應(yīng)用。資源衛(wèi)星為我國(guó)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)礦產(chǎn)、能源、土地、環(huán)保、海洋、測(cè)繪、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等眾多國(guó)民經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域服務(wù)，特別是在南水北調(diào)、青藏鐵路、三峽工程中以及南方雪災(zāi)后重建、汶川地震后的堰塞湖監(jiān)測(cè)與災(zāi)害評(píng)估等方面都發(fā)揮了積極的作用。

資源衛(wèi)星也在向美國(guó)、澳大利亞、北歐、南美、非洲以及亞洲等國(guó)家和地區(qū)提供數(shù)據(jù)。巴西利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展對(duì)亞馬遜熱帶雨林的監(jiān)測(cè)和控制森林砍伐，資源一號(hào)衛(wèi)星在其中發(fā)揮了重要作用。

未來前景

2015年，我國(guó)發(fā)布《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2015-2025年)》，提出分階段逐步建成技術(shù)先進(jìn)、自主可控、布局合理、全球覆蓋，由衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信廣播、衛(wèi)星導(dǎo)航定位三大系統(tǒng)構(gòu)成的國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施，提升全面支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的水平和能力，資源系列衛(wèi)星后續(xù)發(fā)展前景廣闊。

當(dāng)前，中巴地球資源衛(wèi)星的合作已走過20年并取得輝煌成就,按照兩國(guó)到2022年的航天合作計(jì)劃，資源一號(hào)05、06星正在加緊推進(jìn)工作。資源一號(hào)衛(wèi)星將以中高分辨率光學(xué)遙感為主，發(fā)展高光譜、超光譜遙感技術(shù)，持續(xù)豐富觀測(cè)手段，發(fā)展衛(wèi)星星座，不斷提高觀測(cè)效能，努力成為在世界具有重要影響和發(fā)揮重要作用的具備中高分辨率、全球觀測(cè)能力的衛(wèi)星系列。

資源三號(hào)雙星組網(wǎng)豐富和完善了我國(guó)衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用體系，目前后續(xù)03、04星正在進(jìn)行論證和立項(xiàng)工作，保證雙星在軌組網(wǎng)接續(xù)運(yùn)行。同步開展的還有雷達(dá)衛(wèi)星、測(cè)高衛(wèi)星、重力衛(wèi)星等其他類型測(cè)繪衛(wèi)星的立項(xiàng)研制，最終我國(guó)將建成面向測(cè)繪地理信息應(yīng)用的集光學(xué)、雷達(dá)、測(cè)高、重力等四種測(cè)繪衛(wèi)星于一體的全功能、全天候的衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星測(cè)繪自主、影像自給，為建設(shè)信息強(qiáng)國(guó)提供不竭動(dòng)力。

目前我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施正處于轉(zhuǎn)型發(fā)展關(guān)鍵期，技術(shù)能力從追趕世界先進(jìn)技術(shù)為主向自主創(chuàng)新為主轉(zhuǎn)變，行業(yè)應(yīng)用從主要依靠國(guó)外數(shù)據(jù)和手段向主要依靠自主數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，發(fā)展機(jī)制從政府投資為主向多元化、商業(yè)化發(fā)展轉(zhuǎn)變。今后幾年，我國(guó)將陸續(xù)發(fā)射資源、高分等系列后續(xù)星，衛(wèi)星數(shù)量繼續(xù)增加，種類不斷增多。由我國(guó)衛(wèi)星打造的“人造星空”，一方面將守護(hù)中華大地，一方面為加速我國(guó)信息化進(jìn)程插上騰飛的翅膀。

▲ 研制團(tuán)隊(duì)在工作中