高分衛(wèi)星：為中華開“天眼”

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▲ 高分五號衛(wèi)星在軌飛行效果圖

6月2日，我國高分六號衛(wèi)星成功發(fā)射，并已于近日傳回對地觀測的高清圖像。也就是說，我們頭頂上又多了一個天天守望人間的“中國小仙”。

古語云：“天網(wǎng)恢恢，疏而不漏”。高分六號衛(wèi)星正是為“天網(wǎng)”增加了一只眼睛，技術(shù)上支持了老人們常常告誡的：“人在做，天在看”。

既然已經(jīng)是“高分六號”了，那么舉頭三尺在默默守望的就肯定不止1顆了。讓我們先了解一下我國的“高分專項”工程。

我國的“天眼”工程

高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項（簡稱高分專項）是《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》確定的16個重大科技專項之一，于2010年批準啟動實施。

“高分專項”是一個非常龐大的對地遙感技術(shù)項目，整個工程計劃在2020年前完成建設(shè)并投入使用。

由于是從天上監(jiān)看人間，所以高分專項工程又被形象地稱為“天眼”工程。有意思的是，這些“天眼”都是“個性化定制”，性能上一步一個臺階，功能上也各有特色。這主要源于高分專項工程作為創(chuàng)新工程的定位。

▲ 高分一號衛(wèi)星正在轉(zhuǎn)運中

“蒼天有眼”的花式感受

高分一號

高分一號衛(wèi)星是位于太陽同步軌道的光學(xué)遙感小衛(wèi)星，于2013年4月26日發(fā)射入軌，設(shè)計壽命5～8年。作為首發(fā)星，主要解決了低軌小衛(wèi)星高分辨率對地觀測的系列技術(shù)問題。與國際上同類的民用遙感小衛(wèi)星相比，它在性能上已進入中等偏上游的隊列。

值得一提的是，作為我國首顆民用可對地清晰監(jiān)視的小衛(wèi)星，“高分一號”在公安執(zhí)法、災(zāi)害環(huán)保、國際救災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用都具有劃時代的意義。據(jù)人民網(wǎng)報道，公安部曾利用高分一號衛(wèi)星的數(shù)據(jù)在黑龍江、內(nèi)蒙古、河北等地發(fā)現(xiàn)了多處罌粟種植區(qū)；在吉林、內(nèi)蒙古等地發(fā)現(xiàn)了新中國成立以來最大面積的大麻種植區(qū)；在邊界發(fā)現(xiàn)數(shù)十條非法越境通道；在福建發(fā)現(xiàn)海上大型走私油庫等。“蒼天有眼”的意思大家不妨隨便感受一下……

此外，“高分一號”還被用于地震監(jiān)測。在2014年2月的新疆于田地震中，“高分一號”的數(shù)據(jù)就快速確立了震中位置，并得出地表破裂帶的分布情況及其破壞范圍；同年，“高分一號”成為我國參與空間與重大國際災(zāi)害國際憲章的憲章值班星，為國際社會中遭受重大自然災(zāi)害的國家和地區(qū)無償提供災(zāi)害監(jiān)測與管理、緊急救援與災(zāi)后重建的有關(guān)數(shù)據(jù)。

▲ 高分二號衛(wèi)星拍攝的北京影像圖

▲ 高分三號拍攝的廈門影像

高分二號

高分二號衛(wèi)星與高分一號衛(wèi)星一樣，也是位于太陽同步軌道的光學(xué)遙感衛(wèi)星，于2014年8月19日成功發(fā)射，但其不再是小衛(wèi)星，而是超過2噸的“大家伙”。它的優(yōu)勢是對地分辨率最高可達0.8米，幅寬45公里，成為我國民用對地遙感進入“亞米級”時代的標志。

高分二號衛(wèi)星于2015年3月投入使用，它廣泛應(yīng)用于土地利用動態(tài)監(jiān)測、城鄉(xiāng)規(guī)劃管理和評價、交通運輸管理和林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測等領(lǐng)域。其主要用戶為國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運輸部和國家林業(yè)局等18個國家部委和28個省市地方行業(yè)，并對國防軍事與商業(yè)市場均有支持。“高分二號”月分發(fā)20余萬景、超過1.1億平方公里的影像，已成為我國亞米級高分辨率影像主力數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)市場占有率達80%，徹底改變了我國高分辨率對地觀測數(shù)據(jù)主要依賴進口的局面。此外，“高分二號”還支持踐行“一帶一路”國家戰(zhàn)略，促成了我國高分專項在委內(nèi)瑞拉乃至南美地區(qū)“落地”。

高分三號

不同于高分一號和二號都是光學(xué)遙感衛(wèi)星，高分三號衛(wèi)星主攻雷達遙感技術(shù)。這顆設(shè)計使用壽命8年的低軌衛(wèi)星于2016年8月10日成功發(fā)射，是我國首顆分辨率達到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達衛(wèi)星。它的“特長”是可以實現(xiàn)全天候、全天時的對地觀測，不再受白天黑夜、風(fēng)雪云雨等天象影響。簡單地說，這家伙不但是“千里眼”，還是個“透視眼”。

值得一提的是，“高分三號”有12種工作模式，是世界上工作模式最多的合成孔徑雷達衛(wèi)星，既可以觀測陸地，也能觀測海洋，兼具大范圍普查和對特定目標詳查的功能。由于它做到了“海陸全能”，在我國的海洋維權(quán)、海洋開發(fā)和海洋資源保護方面發(fā)揮了重要作用。其主用戶遍及國家海洋局、民政部、水利部、中國氣象局等十幾個部門及行業(yè)。

▲ 高分四號拍攝的澳大利亞火災(zāi)影像

高分四號

如果說高分前3顆星都是“千里眼”的話，高分四號衛(wèi)星就是“萬里眼”。前3顆衛(wèi)星停留在距地面幾百公里的低軌道，所以其每次“看地球”的范圍比較小，也就是幅寬小，而高分四號為了開闊眼界，就跑到距地36000公里的地球靜止軌道去“居高臨下”了。

2016年6月13日，高分四號衛(wèi)星投入使用，這是個重5噸的“大個子”，它是我國第一顆地球靜止軌道遙感衛(wèi)星，定位于東經(jīng)110度的赤道上空，即海南島的正南方。利用地球靜止軌道“站得高、看得遠”的優(yōu)勢，它一眼就能盯住近半個地球，“高分四號”以50米分辨率可見光、400米分辨率中波紅外遙感能力，長期定點觀測中國南海及周邊地區(qū)。請隨便感受一下“蒼天有眼”還定點懸在你頭頂不動的效果。

有意思的是，“高分四號”與位于低軌的“高分一號”“高分二號”等衛(wèi)星是組網(wǎng)運行的。也就是說，先由高分四號衛(wèi)星“站得高、看得遠”地粗掃一眼，再引導(dǎo)低軌衛(wèi)星去近距離詳查。

在這個過程中，“高分四號”的每張照片覆蓋范圍約16萬平方公里，完成對西太平洋1000萬平方公里海區(qū)的覆蓋約需60張，4～12分鐘即可完成拍攝。“高分四號”也是國際憲章值班衛(wèi)星，曾對2016年澳大利亞南部的森林大火進行了監(jiān)測，為防火應(yīng)急任務(wù)決策提供了支持。此外,高分四號衛(wèi)星還可對臺風(fēng)進行高頻次連續(xù)監(jiān)測,持續(xù)監(jiān)控地殼溫度、作出地震預(yù)警，在沙塵暴監(jiān)測、雪災(zāi)預(yù)報、霧霾污染源查找等應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。

高分五號

今年5月9日發(fā)射的高分五號衛(wèi)星是為霧霾等大氣問題量身定制的環(huán)境專用衛(wèi)星，可以間接測定PM2.5。

高分五號衛(wèi)星主要用于探測區(qū)域大氣污染氣體，據(jù)稱是高分專項中搭載載荷最多、光譜分辨率最高、研制難度最大的衛(wèi)星。由于采用了高光譜遙感技術(shù)，與前面的“千里眼”“萬里眼”“透視眼”相比，“高分五號”就是“火眼金睛”，可以探測物質(zhì)的具體成分，從而去偽存真、辨出本源。

因此，“高分五號”不僅可以用于大氣監(jiān)測，還可用水環(huán)境和陸地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等，為中央環(huán)保督察及環(huán)境專項執(zhí)法檢查提供技術(shù)支持。“高分五號”的工作模式多達26種，可以實現(xiàn)多種觀測數(shù)據(jù)融合應(yīng)用。目前，我國的生態(tài)環(huán)境部、自然資源部和中國氣象局等均為“高分五號”的主要用戶。

▲ 高分五號衛(wèi)星熱控實驗

▲ 高分六號衛(wèi)星

高分六號

剛剛發(fā)射的高分六號衛(wèi)星則與高分一號相似，是一顆低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是中國首顆精準農(nóng)業(yè)觀測的高分衛(wèi)星，將與在軌的高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)運行。高分六號衛(wèi)星主要用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原等資源監(jiān)測。

“高分六號”是我國第一顆設(shè)置了能有效反映作物光譜特性的紅邊譜段的多光譜遙感衛(wèi)星，也是我國首顆精準農(nóng)業(yè)觀測的高分衛(wèi)星。除了用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原等資源監(jiān)測和減災(zāi)等領(lǐng)域外，還兼顧環(huán)保、國安和住建等方面的應(yīng)用需求。

高分七號

目前仍在研，但計劃于今年發(fā)射的高分七號衛(wèi)星屬于高分辨率空間立體測繪衛(wèi)星，具備優(yōu)于1米分辨率的立體觀測能力和精度優(yōu)于1米的激光測高能力。“高分七號”將主要應(yīng)用于高精度制圖，國家測繪地理信息局等是主要用戶。

“天眼”工程的效益

當(dāng)前，民用對地觀測的遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)形成了一個成規(guī)模的國際市場。事實上，高分專項的實施不但牽引了我國民用遙感技術(shù)的發(fā)展，還培育著我國的衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用市場。

近年來，國內(nèi)市場上國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)的價格大幅度降低，我國的16米數(shù)據(jù)已全部替代進口，2米/8米數(shù)據(jù)自給率達到80%以上，1米/4米數(shù)據(jù)部分替代進口數(shù)據(jù)，分辨率低于2米的國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)已基本退出國內(nèi)市場。

同時，高分專項已成為我國民用航天國際合作的重要抓手和支撐，為“一帶一路”空間信息走廊建設(shè)與應(yīng)用工程、亞太空間合作組織多任務(wù)小衛(wèi)星星座、金磚五國遙感衛(wèi)星星座等項目建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)，大力推動了我國航天“走出去”戰(zhàn)略的實施。

這些都再次印證了，重大航天工程所帶來的社會和經(jīng)濟效益是非常可觀的，不想被敲竹杠、要當(dāng)領(lǐng)頭羊，核心技術(shù)就必須要掌握在自己手里。