贈埃塞俄比亞遙感微小衛(wèi)星工程項(xiàng)目及其意義

文|鐘鵬華 許萌 謝誠 楊棟 陳元偉

1.航天東方紅衛(wèi)星有限公司 2.中國空間技術(shù)研究院 3.航天恒星科技有限公司

一、引言

氣候變化南南合作是我國應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域國際合作與交流的重要內(nèi)容之一。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部編制的《中國應(yīng)對氣候變化的政策與行動2019年度報(bào)告》，截至2019年9月，我國政府與其他發(fā)展中國家簽署了30多份氣候變化南南合作諒解備忘錄，開展了包括減緩和適應(yīng)氣候變化物資贈送項(xiàng)目在內(nèi)的各類合作，為促進(jìn)應(yīng)對氣候變化發(fā)揮了積極建設(shè)性作用。贈埃塞俄比亞遙感微小衛(wèi)星（ETRSS-1）工程項(xiàng)目作為我國應(yīng)對氣候變化物資贈送合作項(xiàng)目之一，是我國踐行應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域國際合作有關(guān)承諾的又一重要舉措。項(xiàng)目建設(shè)工作由中國空間技術(shù)研究院所屬航天東方紅衛(wèi)星有限公司聯(lián)合航天恒星科技有限公司承擔(dān)。

二、項(xiàng)目背景

埃塞俄比亞地處非洲撒哈拉以南地區(qū)，干旱、暴雨和野火等引起的災(zāi)害頻發(fā)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源、陸地生態(tài)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展受影響嚴(yán)重。由于適應(yīng)能力和手段相對有限，埃塞俄比亞社會和經(jīng)濟(jì)在面對氣候變化影響時(shí)顯得極為脆弱。2019年美國圣母大學(xué)發(fā)布的全球適應(yīng)指數(shù)（Notre Dame Global Adaptation Index, ND-GAIN）中，埃塞俄比亞的綜合排名僅為163/181。

為此，埃塞俄比亞出臺了一系列提升農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源和災(zāi)害管理等領(lǐng)域應(yīng)對氣候變化能力的國家政策。2012年出臺的《適應(yīng)氣候變化綠色經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》（Climate Resilient Green Economy，CRGE）、2019年制定的《應(yīng)對氣候變化國家適應(yīng)計(jì)劃》（National Adaption Plan，NAP），均明確了提升農(nóng)業(yè)和陸地資源使用效率、提高森林資源對經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)原能力、自然資源的可持續(xù)利用等方面的相關(guān)措施，并將國際社會的直接投資、援助和技術(shù)培訓(xùn)轉(zhuǎn)讓等列為解決經(jīng)費(fèi)問題和技術(shù)問題的重要來源。

埃塞俄比亞原科學(xué)與技術(shù)部結(jié)合國內(nèi)發(fā)展規(guī)劃實(shí)施需要和面臨資金技術(shù)實(shí)際困難，提出了在中國應(yīng)對氣候變化南南合作框架下開展ETRSS-1衛(wèi)星工程項(xiàng)目合作的設(shè)想。通過建設(shè)一套寬幅多光譜微小衛(wèi)星系統(tǒng)，借鑒中國利用航天技術(shù)開展應(yīng)對氣候變化取得的工程經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，開展衛(wèi)星遙感在埃塞俄比亞農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源等領(lǐng)域的研究工作，提升其應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域決策水平，并通過建設(shè)后續(xù)配套設(shè)施，建立國內(nèi)航天相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，提升航天科技水平，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

三、項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容與特點(diǎn)

ETRSS-1衛(wèi)星工程項(xiàng)目研制工作于2018年5月正式啟動，2019年11月地面系統(tǒng)建成，12月衛(wèi)星成功發(fā)射，2020年2月完成整個項(xiàng)目的驗(yàn)收測試工作。項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括：研制1顆滿足埃塞方應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域研究需要的微小衛(wèi)星，以及與之配套的地面控制、接收和應(yīng)用處理系統(tǒng)；衛(wèi)星通過搭載方式在中國的發(fā)射場發(fā)射；研制期間提供衛(wèi)星設(shè)計(jì)和操作培訓(xùn)。

整個系統(tǒng)建設(shè)既充分吸收以往工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，又充分考慮項(xiàng)目在資金、應(yīng)用和能力培養(yǎng)方面的特殊需要，具有鮮明的特點(diǎn)。

1.援助內(nèi)容切實(shí)解決埃塞方實(shí)現(xiàn)自主業(yè)務(wù)運(yùn)營關(guān)切

埃塞方提出的項(xiàng)目建設(shè)需要和應(yīng)用方向明確，其主要面臨的是資金短缺和工程基礎(chǔ)薄弱等方面的困難。針對這一情況，中方提供的援助內(nèi)容包括工程研制和技術(shù)轉(zhuǎn)讓培訓(xùn)兩方面內(nèi)容。工程研制內(nèi)容包括衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制和應(yīng)用系統(tǒng)，以及發(fā)射服務(wù)等系統(tǒng)投入使用所需要的一整套星、地軟硬件設(shè)施。為確保項(xiàng)目移交后埃塞方工程師實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自主控制和運(yùn)營，中方在完成系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí)，還提供了衛(wèi)星研制和操作使用等方面的工程培訓(xùn)。通過“交鑰匙”建設(shè)和工程技術(shù)培訓(xùn)轉(zhuǎn)讓，切實(shí)解決了埃塞方面臨的困難，大大加快了系統(tǒng)移交后埃塞方的業(yè)務(wù)運(yùn)營進(jìn)程。

2.衛(wèi)星系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)合理，在軌自主管理能力強(qiáng)

考慮到農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域在應(yīng)對氣候變化方面的應(yīng)用需要和中國衛(wèi)星遙感相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，ETRSS-1衛(wèi)星基于航天東方紅衛(wèi)星有限公司成熟的微納衛(wèi)星平臺設(shè)計(jì)，載荷選擇1臺輕量化的寬幅多光譜相機(jī)，光譜覆蓋藍(lán)、綠、紅和近紅外4個譜段，成像分辨率優(yōu)于15m，幅寬優(yōu)于60km，整星質(zhì)量約65kg，工作在約630km太陽同步軌道上，降交點(diǎn)地方時(shí)10:30，重點(diǎn)對埃塞俄比亞和東北非區(qū)域成像，重訪周期約4天（圖1）。

圖1 衛(wèi)星設(shè)計(jì)效果圖

為確保在軌穩(wěn)定運(yùn)行，衛(wèi)星在原通用平臺基礎(chǔ)上強(qiáng)化了可靠性設(shè)計(jì)，采用高自主智能管理技術(shù)和在軌重構(gòu)技術(shù)，具備23種在軌自主管理模式，衛(wèi)星在軌自主運(yùn)行能力大大提高，能夠?qū)崿F(xiàn)重要設(shè)備間多渠道自主監(jiān)控、自主處理能力，控制、星務(wù)、測控、電源等關(guān)鍵設(shè)備功能可通過軟件上注重構(gòu)，有效保障了衛(wèi)星的在軌可靠和使用效率。

3.地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)集約，滿足典型氣候變化研究需要

地面系統(tǒng)在中國完成研制和測試后，安裝在埃塞俄比亞恩托托地面站（圖2）。系統(tǒng)采用測控和應(yīng)用一體化設(shè)計(jì)，集成固定站、任務(wù)控制中心、圖像處理、數(shù)據(jù)管理與增值應(yīng)用等5個方面功能，共用一套天線通道。

圖2 恩托托地面站

地面系統(tǒng)投入運(yùn)營后，埃塞方可實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的在軌測控和任務(wù)規(guī)劃等工作，開展遙感數(shù)據(jù)接收、標(biāo)準(zhǔn)影像產(chǎn)品處理、數(shù)據(jù)存儲管理，可直接利用系統(tǒng)提供的增值業(yè)務(wù)模塊，開展農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源和災(zāi)害監(jiān)測等方面的應(yīng)用研究，也可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要，進(jìn)行數(shù)據(jù)應(yīng)用的二次開發(fā)。

4.注重人員培訓(xùn)，為埃塞方培養(yǎng)后續(xù)發(fā)展人才

整個工程項(xiàng)目實(shí)施周期歷時(shí)約一年半。期間，分別在中國和埃塞俄比亞開展4次工程培訓(xùn)和3次聯(lián)合評審工作。工程培訓(xùn)以熟悉衛(wèi)星研制基本流程、獨(dú)立管控衛(wèi)星、自主開展數(shù)據(jù)研究等為目標(biāo)，培訓(xùn)內(nèi)容包括ETRSS-1衛(wèi)星研制工程管理、總體及各分系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、在軌操作及安全模式操作要求，地面系統(tǒng)總體及各分系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、操作使用流程、典型行業(yè)應(yīng)用處理分析方法等內(nèi)容，為后續(xù)埃塞方工程師獨(dú)立完成衛(wèi)星在軌管控和數(shù)據(jù)應(yīng)用等工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、應(yīng)用成果展望

目前，ETRSS-1衛(wèi)星在軌運(yùn)行穩(wěn)定，已成功獲取和生成了大量遙感影像和專題產(chǎn)品。衛(wèi)星獲取的埃塞俄比亞祖庫拉（Zuqualla）休眠火山區(qū)域多光譜影像（圖3），清晰顯示了火山口周圍不同區(qū)域的生態(tài)差異。經(jīng)對阿爾迪德（Al Dinder）地區(qū)的多光譜影像進(jìn)行處理，成功獲取了該地區(qū)草原、闊葉林和針葉林等不同植被的覆蓋分布情況（圖4）。

圖3 埃塞俄比亞祖庫拉火山口遙感影像

圖4 阿爾迪德地區(qū)林業(yè)遙感專題圖

后續(xù)，埃塞方應(yīng)用部門利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和生成的專題產(chǎn)品，至少可開展以下4類應(yīng)用分析工作：農(nóng)作物種植面積、長勢、結(jié)構(gòu)遙感監(jiān)測，農(nóng)作物產(chǎn)量遙感估算等農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測分析；森林分布遙感監(jiān)測、森林變化監(jiān)測等林業(yè)遙感監(jiān)測分析；陸表水體面積監(jiān)測、葉綠素濃度遙感監(jiān)測、水體懸浮物濃度遙感監(jiān)測、水體透明度遙感監(jiān)測、水體富營養(yǎng)化程度遙感監(jiān)測等水資源遙感監(jiān)測；火點(diǎn)監(jiān)測、過火面積監(jiān)測、洪澇災(zāi)害監(jiān)測損毀評估等災(zāi)害管理監(jiān)測。

五、項(xiàng)目建設(shè)意義

氣候變化是全球性發(fā)展問題，開展國際合作是解決這一問題的重要途徑。通過分享中國航天技術(shù)應(yīng)用取得的工程和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，幫助埃塞俄比亞建設(shè)自己的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，提升其在應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域的技術(shù)能力和決策水平，是兩國環(huán)境合作和航天合作進(jìn)程中具有里程碑意義的事件。

1.為國際社會氣候援外工作提供了新范例

解決受援國的資金不足和技術(shù)能力欠缺是開展應(yīng)對氣候變化援助的主要目標(biāo)之一。應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域的科技援外越來越受到國際社會的認(rèn)可，但援助內(nèi)容主要集中在通過技術(shù)示范、培訓(xùn)等方式引導(dǎo)受援國開展清潔能源、低碳應(yīng)用等減緩工作。利用對地觀測技術(shù)開展適應(yīng)工作的援外項(xiàng)目相對較少，一般是為受援國的氣候研究和決策工作開展提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持。ETRSS-1衛(wèi)星工程項(xiàng)目是以一整套衛(wèi)星工程系統(tǒng)為建設(shè)內(nèi)容的高科技援外項(xiàng)目，在應(yīng)對氣候變化國際合作領(lǐng)域?qū)儆谑状巍Ｌ貏e是與系統(tǒng)建設(shè)配套的技術(shù)培訓(xùn)工作的開展，為埃塞俄比亞培養(yǎng)了一批熟悉衛(wèi)星運(yùn)營控制和應(yīng)用處理、了解衛(wèi)星設(shè)計(jì)和研制管理的專業(yè)工程師，有力促進(jìn)了埃塞俄比亞應(yīng)對氣候變化和航天科技等兩個領(lǐng)域能力的提升。

2.為埃塞俄比亞應(yīng)對氣候變化提供了新手段

衛(wèi)星遙感在氣候變化分析和應(yīng)對決策制定等領(lǐng)域的應(yīng)用已非常成熟，但長期穩(wěn)定數(shù)據(jù)源和工程研究隊(duì)伍的缺乏，限制了這一技術(shù)在新興航天國家的深入應(yīng)用。ETRSS-1衛(wèi)星工程系統(tǒng)的建設(shè)和培訓(xùn)工作，使得對研究區(qū)域的持續(xù)觀測成為可能，實(shí)現(xiàn)了從時(shí)間和空間兩個維度積累農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水環(huán)境等領(lǐng)域有關(guān)數(shù)據(jù)，以便深入地研究地物特征變化與氣候變化之間的關(guān)系，為政府制定有關(guān)決策提供有效支撐。同時(shí)，埃塞政府也以此項(xiàng)目為契機(jī)，成立了航天委員會和航天研究所，專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍從原來的幾十人增長到上百人，政府部門的航天組織管理架構(gòu)和人才隊(duì)伍初步建成。

3.為航天企業(yè)“走出去”拓展了新機(jī)遇

ETRSS-1衛(wèi)星工程系統(tǒng)的成功建設(shè)和運(yùn)營，在一定程度上向埃塞政府展示了中國航天的技術(shù)能力和合作誠意。其作為首個氣候援外衛(wèi)星項(xiàng)目，受到國際社會的廣泛關(guān)注，項(xiàng)目實(shí)施單位的知名度也相應(yīng)提升。參與項(xiàng)目實(shí)施的埃塞方工程師已進(jìn)入埃塞衛(wèi)星遙感相關(guān)領(lǐng)域，成為了解中國航天技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和管理的骨干人才，對后續(xù)繼續(xù)深化兩國航天領(lǐng)域合作、提升中國航天在該區(qū)域的影響力具有積極意義。