“高分五號”衛(wèi)星光學遙感載荷的技術創(chuàng)新

◆孫宇航 王威卜 黃啟宏 袁 虹

“高分五號”衛(wèi)星光學遙感載荷的技術創(chuàng)新

◆孫宇航 王威卜 黃啟宏 袁 虹

（成都信息工程大學 四川 610000）

“高分五號”衛(wèi)星所配置的兩臺遙感載荷代表著當時國內外載荷研究領域高水準成就的遙感載荷。不論是對大氣環(huán)境的監(jiān)測，還是光譜成像的效果，比起之前的研究，都向前邁進了很大一步。本文主要就“高分五號”所使用的兩臺衛(wèi)星光學遙感載荷，在技術層面的創(chuàng)新做一個簡要的研究。以期能夠在遙感載荷的未來發(fā)展方向上有一個更好的展望。

衛(wèi)星光學；遙感載荷；技術創(chuàng)新

“高分五號”衛(wèi)星的成功研發(fā)具有重要的意義。它是國家十五年計劃中的專項任務之一，也是全世界第一顆全譜段的高光譜衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星搭配了6個載荷，分別為大氣環(huán)境中的紅外甚高光譜的分辨率探測器，高光譜的相機，對溫室氣體的探測器，氣溶膠偏振探測器以及針對污染氣體探測的光譜儀。這六個載荷在技術層面都得到了明顯的改進和創(chuàng)新，其中勘察大氣環(huán)境以及探測污染氣體的載荷，還分別是中國首個用于該途徑的光譜儀，而溫室氣體的探測儀，更是國際上首個用于空間外差的有效載荷，這足以見得我國的航天科研技術正在高速發(fā)展，充分展現我國的雄厚實力。

1 創(chuàng)新技術點分析

所謂的大氣環(huán)境檢測儀，是我國第一個高光譜分辨率的探測器。它的特殊之處在于分辨率極高，探測范圍最廣，還可以自動跟蹤太陽。它是同種類探測器中，能夠獲得數據最為精密，探測氣體種類最多的探測器。而光譜成像儀，譜端范圍廣是它的最大特色。在國際上已經發(fā)射成功的衛(wèi)星中，也有搭配有關光譜成像的載荷，其中搭配載荷譜段最大值是9個譜段，而“高分五號”上的這個光譜成像器，它所包含的譜段共計12個，加上極高的分辨率，使得它能向地球傳回極其珍貴的重要訊息。能夠接收到全譜段的數據觀測信息，這在國際上也是第一次，而對于國內的技術提升而言，該技術的創(chuàng)造也顯得十分有意義。它的出現，填補了國內高光譜和多光譜能夠統(tǒng)一進行勘測的空白，再用它搭配上大氣勘測的載荷，就可以在“高分五號”上實現水文探測、大氣探測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測多位一體的實時監(jiān)測。

除此之外，多種觀測模式的集合，也是“高分五號”上載荷技術創(chuàng)新的特點之一，與傳統(tǒng)模式下單一的觀測模式體驗不同，“高分五號”上的觀測模式多達二十多種，包含了海陸空各個領域，遙感光學中所有主要的觀測模式均包含在內。這樣豐富的觀測模式，搭配上極高的數據傳輸效率，使得衛(wèi)星上接收到的訊號和信息能夠在第一時間傳回地面，這也是其他衛(wèi)星很難做到的。另外，對于使用年限的問題，技術部門的人員也做了充分的考慮，在仔細計算衛(wèi)星的原料消耗和材料損耗的基礎上，合理地進行使用年限的改進，導致整個衛(wèi)星的使用壽命大致在8年左右，達到了我國遙感衛(wèi)星使用年限之最，這也是技術創(chuàng)新的一個部分。

2 前景改善分析

任何創(chuàng)新都應當具有實用性價值，倘使它的實用性價值遠遠低于前期的創(chuàng)造性投入，那么這種創(chuàng)新作，就算不上是成功的。倘使它的使用價值要遠高與前期的創(chuàng)造性投入，那么這種創(chuàng)新便顯得很有意義。所以有關“高分五號”配置的載荷有關的技術創(chuàng)新，究竟是否具有深刻的意義，還須看它的實用價值幾何。

2.1 對大氣環(huán)境的監(jiān)測

由于工業(yè)發(fā)展、人口稠密度增加、人類先前對環(huán)境保護的重視程度不足等因素的影響，導致我國的環(huán)境問題日益嚴峻。在京津冀地區(qū)、長三角以及珠三角等工業(yè)發(fā)展的重鎮(zhèn)大氣污染問題十分嚴重，空氣中的霾含量增加，顆粒物增多，導致空氣質量低下。除此之外，空氣中的硫化物增加，二氧化碳含量也增加部分地區(qū)甚至出現了嚴重的酸雨現象，這都是大氣污染最直觀的證據。而汽車尾氣的排放，城市垃圾的處理、焚燒，隨處可見的揚塵，也在進一步惡化空氣質量，使得空氣中的氧含量逐漸降低。而大氣痕量氣體差分光譜儀等的運用，可以精準的、實時對大氣中污染物的含量進行檢測，對空氣中出現的大量粉塵、顆粒物進行實時的檢測預警。這可以令人類在空氣質量將要達到警戒值時處于被提醒狀態(tài)，在有限的時間內對空氣質量進行一定的拯救和改良，保證廣大居民的生命安全和身體健康。

2.2 對水文環(huán)境的分析

由于大氣環(huán)境的污染，導致了酸雨等現象的出現，這也會對水文環(huán)境造成一定的影響。除此之外，由于大面積的圍湖造田、垃圾焚燒填埋，以及化工污染物的隨處排放，導致水文環(huán)境變得愈加糟糕。不僅是江河湖泊的水資源受到了嚴峻的威脅，飲用水的質量也在逐年下降。要解決這些問題，首先要對我國的水文環(huán)境做一個實時的監(jiān)控，衛(wèi)星上的高光譜相機，以及全光譜成像儀，都能夠對水文環(huán)境做一個實時精準的監(jiān)控。這些監(jiān)控數據以水質、水位、以及與氣候相關的降雨量，旱澇災害相結合，能夠對水庫的藍藻，水域、水段的污染程度以及即將出行的水文自然災害做一個科學合理的預警，給有關部門的工作人員以充足的時間整理對策、方案和應急措施，致使緊急情況發(fā)生時，不至于手忙腳亂，不知所措，能夠更及時有效的保護自然環(huán)境、公共財產安全以及民眾的生命安全。除此之外，高光譜相機以及全光譜成像儀，還能夠給即將出現的災情和突發(fā)事件做合理的評估和損失預算，極大節(jié)省了時間成本和勞力成本。這也是衛(wèi)星遙感載荷的實用途徑之一。

2.3 對土壤環(huán)境的分析

前文已提到，酸雨現象的發(fā)生，危害甚大。不僅會對大氣環(huán)境造成威脅，也會對水文環(huán)境造成污染，除此之外，也會對土壤環(huán)境造成不必要的損害，當然，這只是土壤環(huán)境遭受到破壞的原因之一。大量垃圾的填埋、焚燒，大面積綠色植被被破壞，礦產資源的濫采濫用，都會對土壤造成嚴重的威脅與破壞。且這種威脅和破壞是不可逆的，是需要花費長時間才能夠進行復原和修整的。故而對土壤環(huán)境進行實時的檢測也顯得意義重大。高光譜相機和全譜段的成像儀也能夠對土壤進行實時的檢測。它們能夠精準地檢測出土壤重污染的區(qū)域的精準地點，并對污染物的成分進行詳盡的分析。對于礦產資源開發(fā)方面而言，高光譜相機以及全譜段的成像儀能夠模擬礦產資源開發(fā)全過程，并對開發(fā)后對周邊區(qū)域土壤環(huán)境的影響，以及對土壤的污染程度做一個細致的風險評估。這些都是一般的科學技術難以做到的，有關部門可以通過星傳地的實時監(jiān)測而及時改變土壤使用政策，保護區(qū)域內的土壤環(huán)境。

2.4 對整個生態(tài)環(huán)境的檢測

“高分五號”最顯著的特點，應在于其集水文勘測、陸地檢測與大氣檢測為一體的檢測效能。只要對該衛(wèi)星傳輸回地球的實時數據加以分析，就能夠精準的得知地球環(huán)境在每一層面的詳細數據。更加重要的是，“高分五號”所配置載荷，還能對生物多樣性進行一個實時的檢測，快速分析出當前的人類活動對當地自然保護區(qū)或當地的珍稀動物存在怎樣的影響。因此通過衛(wèi)星載荷傳輸回來的數據，可以有的放矢地進行區(qū)域內的人類活動變更以及緊急動植物保護措施預案，這些都是以往的衛(wèi)星傳載數據難以達到的。

3 結束語

“高分五號”配置的六個載荷，通過光學遙感技術能夠實時、精準、多方面立體的從宏觀角度對地球環(huán)境進行各項數據監(jiān)控，這是技術創(chuàng)新中最具有意義的部分。它能夠給人類提出更及時的意見和建議，避免突發(fā)事件和自然災害的侵襲，也避免人類對自然環(huán)境過度的開發(fā)給地球和人類本身帶來嚴重的后果。

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[3]范斌，陳旭，李碧岑，趙艷華.“高分五號”衛(wèi)星光學遙感載荷的技術創(chuàng)新[J].紅外與激光工程，2017，46（01）：16-22.