我國海洋衛星發展歷程、現狀與建議

文｜劉建強 蔣興偉 林明森

1．國家衛星海洋應用中心

2. 自然資源部空間海洋遙感與應用重點實驗室

一、海洋衛星需求背景

海洋占地球表面的71%，海洋是生命的搖籃，是資源的寶庫，是交通的要道，是全球氣候變化的調節器，是人類社會生存和可持續發展的有機組成部分，對沿海國家的安全、社會經濟發展和海洋生態文明建設有重大影響。海洋是四維動態變化的流動水體，海洋要素包括海面風場、海浪、海流、海面溫度、鹽度、海水深度及海洋水色等，空間尺度從厘米到數千千米，時間尺度從秒到年。

海岸帶是陸地、大氣、海洋相交的地區，涉及河口、海灣、海峽、三角洲、海灘、潮灘、島嶼、珊瑚礁、海濱鹽沼與沙丘等，與人類生存與發展的關系最為密切，是資源最豐富的地帶，也是生態脆弱、災害較多的地帶。海岸帶正面臨著全球氣候變化、海平面上升、區域生態環境破壞、生物多樣性減少、污染加重、漁業資源退化等巨大壓力，嚴重影響了海島、海岸帶的可持續發展。

南北兩極是地球系統重要組成部分，兩極的海冰是地球系統的冷源，直接影響全球大氣環流與氣候變化、全球治理與國民經濟發展、產業化鏈條的延伸服務，已成為全球海洋學研究的熱點區域。

多種海洋衛星組合連續觀測，具備全天時、全球性觀測特點，可高頻次、周期性、長期、近實時、快速獲得全球海洋、海岸帶、海島等區域的多種時空尺度的多要素信息，不受地理位置和人為條件限制，與現場海洋監測手段相結合，取得了過去單純用現場監測手段無法替代的重大成果，是認識、研究、開發以及利用海洋、海島、海岸帶、南北兩極的現代海洋觀測的主導手段。

我國東鄰太平洋, 是世界上重要的海洋大國之一, 大陸海岸線長達18000 多千米, 大于500平方米的沿海島嶼6500多個, 島嶼岸線14000多千米；根據《聯合國海洋公約》規定，按我國主張應劃歸我國管轄的海域, 包括大陸架和專屬經濟區近300萬平方千米, 相當于我國陸地面積的三分之一，海洋在我國社會、經濟和軍事發展中的戰略地位日漸顯著。海洋權益維護、海洋資源調查監測、海洋防災減災、南北極監測與氣候變化研究急需發展海洋衛星，國家治理、海洋強國建設、海洋生態文明建設、海上絲路之路、“一帶一路”倡議以及構建人類命運共同體均迫切需要海洋衛星提供連續長期、穩定可靠的信息支撐。

二、海洋衛星規劃、型號立項與各階段成果

從1985年至今，海洋衛星的發展經歷了七個五年計劃，每個五年計劃在需求論證、規劃編制、項目立項、型號研制、工程系統建設、組織體系各環節中，集智創新，攻堅克難，海洋衛星逐步實現了從科學試驗到業務運行、從單一型號研制到系列化、業務化、型譜化組網部署以及衛星與地面天地一體統籌發展。開始階段打基礎，步伐慢一點，變化小一點，但每個五年計劃都有新的突破，每個五年計劃都上了一個新臺階，每個階段都有閃光的亮點，不斷推動國家空間民用基礎設施能力建設，目前已經達到8顆海洋衛星在軌運行，海洋衛星規劃、型號研制、工程建設及應用成果已經在“十三五”期間得到全面體現，獲得的數據已經在海洋、海岸帶、海島、南北極調查監測以及陸地調查、監測、評估中發揮著重要作用。

1．早期論證，著名科學家提出盡快發展中國的海洋衛星技術

我國政府十分重視海洋衛星工作，1985年國家海洋局會同相關部門組織專家開始第一顆海洋衛星的立項論證，1987年1月，王大珩等26位著名科學家署名寫信給黨中央和國務院，提出盡快發展中國的海洋衛星技術。1987年國家海洋局組織完成《海洋衛星立項研制工作報告》和《海洋衛星技術經濟綜合論證專題報告》，計劃發射一顆由雷達高度計、微波散射計、水色成像儀和微波輻射計、數據收集系統等有效載荷組成的海洋衛星，但由于技術與經濟條件所限，未能立項。

2．“八五”重啟衛星立項，編制首個海洋衛星與衛星海洋應用規劃

1993年國家海洋局重新啟動海洋衛星立項論證。1994年成立專家組開展了海洋一號衛星的立項論證工作，組織編制了《海洋衛星和衛星海洋應用“九五”計劃和2010年長遠規劃》《發射系列海洋環境衛星的初步論證報告》《發射系列海洋水色衛星的初步論證報告》《海洋衛星地面應用系統立項論證報告》，根據規劃，我國將以海洋一號水色衛星系列為起點，逐步在我國建立海洋衛星體系，陸續發射海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋綜合衛星系列，逐步形成以我國衛星為主導的海洋空間監測網，此規劃得到了國家計委和國防科工委的大力支持。

3.“九五”期間衛星工程組織與隊伍得到落實，首顆海洋衛星及地面接收系統分別批復立項，海洋衛星寫入《中國的航天》白皮書

“九五”期間國家海洋局把海洋衛星列為“六個一”重點工程之一，1996年成立了海洋衛星總體部，1999年國防科工委任命了海洋水色衛星地面應用系統總指揮與總設計師。2000年由中編辦批復同意正式成立國家衛星海洋應用中心。

1997年海洋水色衛星的綜合論證報告通過了由航天工程專家陳芳允、任新民、陳述彭院士等29位國內航天、遙感和海洋界知名專家組成的論證報告評審委員會的評審，國防科工委于1997年正式下達了《關于海洋水色衛星立項研制的批復》。1999年國家發展改革委批準海洋一號A（HY-1A）衛星地面接收系統建設工程項目立項。

1999年國家海洋局組織上報了《我國海洋衛星和衛星海洋應用“十五”計劃和2015年發展規劃》，發射海洋一號、二號、三號衛星10顆衛星并建立天地一體化地面應用系統。2000年11月發布的《中國的航天》白皮書中，明確了海洋衛星系列是我國長期穩定的衛星對地觀測體系的重要組成部分。

4．“十五”期間首顆衛星發射實現零的突破，后續衛星得到立項

2002年5月15日，我國第一顆海洋水色衛星HY-1A成功發射，結束了我國沒有海洋衛星的歷史，在國內外產生重大影響，極大地推動了海洋立體監測體系和空間對地觀測體系的發展；2002年9月18日，在人民大會堂舉行了HY-1A衛星交付儀式。2003年發布了首個中國海洋衛星應用年度報告。2005年國防科工委、財政部下達了我國第二顆海洋水色衛星海洋一號B（HY-1B）的立項批復。

5． “十一五”期間首顆國際合作衛星立項，首顆動力衛星批復立項，在軌衛星有了接替

2006年中國國家航天局（CNSA）和法國國家空間研究中心（CNES）簽訂了“關于合作實施中法海洋衛星（CFOSAT）的諒解備忘錄”。2009年國防科工局、財政部批復了CFOSAT立項，國家海洋局代表用戶負責CFOSAT衛星工程相關建設。

2006年國家發展改革委批準HY-1B衛星地面應用系統建設工程項目立項。2007年4月11日HY-1B衛星成功發射使我國海洋立體監測系統邁上了一個新臺階，實現了由試驗型向業務服務型衛星的轉化。

2007年國防科工委、財政部聯合批準了我國第三顆海洋衛星海洋二號（HY-2）的立項研制。

2008年國務院批復了《國家海洋事業發展規劃綱要》，提出“穩步推進海洋水色、海洋動力環境和海洋監視監測系列衛星體系建設”。

6． “十二五”期間兩部規劃確定未來發展，首顆動力環境衛星發射

2012年國務院批復了《陸海觀測衛星業務發展規劃（2011—2020年）》，確定了在“十二五”末及“十三五”期間將發射8顆海洋觀測業務衛星，其中包括海洋水色星座4顆，海洋動力環境星座2顆和主用于海洋的雷達星座2顆。陸海觀測衛星業務發展規劃的出臺，確立了海洋衛星在我國對地觀測體系中的重要地位，也加速了后續海洋業務衛星的發展進程。

2015年10月我國發布了《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025年）》。關于海洋觀測衛星的主要內容如下：

服務我國海洋強國戰略在海洋資源開發、環境保護、防災減災、權益維護、海域使用管理、海島海岸帶調查和極地大洋考察等方面的重大需求，兼顧陸地、大氣觀測需求，發展多種光學和微波觀測技術，建設海洋水色、海洋動力衛星星座，發展海洋監視監測衛星，不斷提高海洋衛星綜合觀測能力。

海洋水色衛星星座。發展高信噪比的可見光、紅外多光譜和高光譜等觀測技術，建設上、下午星組網的海洋水色衛星星座，提高觀測時效性。

海洋動力衛星星座。發展微波輻射計、散射計、高度計等觀測技術，建設海洋動力衛星星座。

海洋環境監測衛星。發展高軌凝視光學和高軌合成孔徑雷達（SAR）技術，并結合低軌SAR衛星星座能力，實現高、低軌光學和SAR聯合觀測。

2011年8月16日，我國首顆海洋動力環境衛星海洋二號A（HY-2A）衛星成功發射，創造了我國遙感衛星領域首次實現厘米級高精度測定軌、首次實現主被動微波遙感器于一體等多個第一，引起了國內外的廣泛關注和巨大反響，標志著我國海洋系列衛星體系初步形成。

2014年海洋二號衛星地面應用系統建設項目（第一期）獲得批復。

7． “十三五”期間衛星組網業務化運行，星地系統同步建設，成效顯著

2017年國家海洋局和國家國防科技工業局聯合發布《海洋衛星業務發展“十三五”規劃》，提出到2020年我國將研制與發射海洋水色衛星星座、海洋動力衛星星座和海洋監視監測衛星3個系列海洋衛星，并實現同時在軌組網運行、協同觀測，基本建成系列化的海洋衛星觀測體系、業務化的地面基礎設施和定量化的應用服務體系。

“十三五”期間9顆海洋衛星獲得批復立項，包括海洋水色業務衛星HY-1C/1D、海洋動力業務衛星HY-2B/2C、兩顆1米C-SAR衛星、HY-2D動力環境衛星、新一代水色衛星以及海洋鹽度衛星。“十三五”期間共發射6顆海洋衛星，包括HY-1C/1D、HY-2B/2C、CFOSAT以及高分三號（GF-3）衛星。其中2016年8月10日GF-3衛星成功發射改善了我國民用天基高分辨率SAR圖像全部依賴進口的狀態，并在引領我國民用高分辨率微波遙感衛星應用中起到重要示范作用。2018年10月7日、10月25日分別發射HY-1C、HY-2B衛星，開啟了海洋水色、海洋動力環境業務衛星新征程。2018年10月29日CFOSAT成功發射，中國國家主席習近平與法國總統馬克龍互致賀電。CFOSAT工程是中法兩國在航天工程與海洋科學領域高水平合作的重要成果，體現創新、協調、綠色、開發、共享五大發展理念，譜寫了共商共建共用新篇。2020年6月11日、9月21日以及2021年5月19日發射了HY-1D、HY-2C、HY-2D衛星，海洋水色、動力環境業務衛星組網觀測終于實現，“九五”期間制定的規劃全部實現。

“十三五”期間地面系統基礎建設不斷夯實，國家民用空間基礎設施“十二五”“十三五”海洋觀測衛星地面系統、定標與真實性檢驗場網項目獲批。建立了包括北京、海南（三亞、陵水）、牡丹江三個地面站和雪龍船載接收系統組成的地面接收站網、定標場網與海洋衛星數據處理中心。

三、目前在軌海洋衛星用途與特點

從2002年5月15日發射第一顆海洋衛星至今，已經發射了10顆海洋衛星，包括HY-1A/1B/1C/1D、HY-2A/2B/2C/2D、CFOSAT、GF-3衛星，目前HY-1A/1B已經停止工作，HY-2A降級工作，其余衛星在軌正常工作。

1．在軌海洋衛星用途

海洋衛星根據不同要素的探測技術能力與特點、時間與空間分辨率、覆蓋范圍與監測頻次要求設計，按用途分為三類，包括海洋水色環境、海洋動力環境、海洋監視監測系列。

海洋一號系列衛星用于海洋水色、水溫、海岸帶觀測，HY-1A/1B為試驗星，配置海洋水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀。HY-1C/1D為業務星，配置海洋水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀、紫外成像儀、定標光譜儀、船舶自動識別系統，上、下午組網觀測，陸海兼顧，載荷具有多種空間分辨率、高信噪比、高動態范圍與寬刈幅等優點。

海洋二號系列衛星用于全球全天候海面風場、浪高、海面高度、海面溫度等多種海洋動力環境參數監測，直接為災害性海況預警預報提供實測數據，為海洋防災減災、海洋權益維護、海洋資源開發、海洋環境保護、海洋科學研究以及國防建設等提供支撐服務，載荷為雷達高度計、微波散射計、微波輻射計、雙頻全球定位系統、船舶自動識別系統、數據收集系統、雙向數據通信等，HY-2A為試驗星，HY-2B/2C/2D三星實現業務化組網觀測。

海洋監視監測系列衛星用于全天候全球海洋和陸地信息的監視監測，載荷為C頻段多極化合成孔徑雷達，用于海洋、減災、水利及氣象等多個領域，是我國實施海洋開發、進行陸地環境資源監測和應急防災減災的重要技術支撐，試驗衛星即為GF-3衛星，后續衛星1米C-SAR兩顆與GF-3衛星組網，將分別在2021年與2022年發射。

國際合作試驗衛星：CFOSAT為中法兩國合作的科研試驗衛星，中方提供散射計，法方提供波譜儀，主要任務是獲取全球海面波浪譜、海面風場、南北極海冰信息，進一步加強對海洋動力環境變化規律的科學認知；提高對巨浪、海洋熱帶風暴、風暴潮等災害性海況預報的精度與時效；同時獲取極地冰蓋相關數據，為全球氣候變化研究提供基礎信息。

2．衛星載荷配置、軌道與工作模式

根據任務使用需求、探測手段與約束條件配置載荷，已配置的載荷包括海洋水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀、紫外成像儀、定標光譜儀、雷達高度計、微波散射計、微波輻射計、校正輻射計、合成孔徑雷達、波譜儀、全球定位系統、船舶自動識別系統、數據收集系統、激光測距系統、多普勒雷達和無線電定位組合系統近 20種載荷，探測手段覆蓋紫外、可見光、近紅外、紅外以及主被動微波遙感，品種多，定量化精度高，研制難度大。

在軌的海洋衛星HY-1C/1D、HY-2B、CFOSAT、GF-3為太陽同步軌道，每天對全球探測的地方時間基本相同，分別在凌晨、早晨、上午、下午和晚上5個時間段經過我國海域，各衛星每天24小時工作，每天繞南北兩極方向飛行14或15圈。HY-2C/2D衛星為傾斜軌道，與HY-2B組網以提高海洋動力環境參數的觀測時效。

各衛星24小時工作，各載荷大部分全球開機探測，實現對全球、南北極、海岸帶、海島探測，每個載荷覆蓋寬度從10～3000km，覆蓋周期1～3天，掃描幅寬大的遙感載荷覆蓋全球的周期短，而掃描幅寬小的遙感載荷覆蓋全球周期就要長一些。覆蓋最寬的是海洋水色水溫掃描儀，掃描幅寬為3000km, 每天白天、晚上覆蓋全球一次，散射計幅寬1300～1750km，早晚觀測一次，實現對全球兩天一次觀測。

3．海洋衛星可兼顧大尺度陸地監測，為快速普查與應急救災提供支撐

海洋衛星不僅可以監測海洋，在經過陸地時獲取的信息也十分豐富，其中GF-3衛星本身就是陸海兼顧的衛星，可全天候監測水體與陸地地表。HY-1C/1D衛星的載荷掃描幅寬大，數據獲取周期短，針對水體設計，動態范圍大，信噪比高，輻射性能好，也是陸地自然資源普查、生態環境與洪澇災害、森林火災監測的有力工具。

4．星地系統一體化管理，獲取數據時效快

海洋衛星運行由國家衛星海洋應用中心統一負責，從衛星探測計劃與管控、多個地面站數據實時接收、數據通信傳輸、標準基礎產品制作、數據定標與產品真實性檢驗、產品存檔與分發全過程自主控制，多衛星業務化生產鏈條完整，海洋衛星星地一體化運行體系日趨完善，海洋衛星組網業務化運行能力基本形成。在海洋衛星處理過程中，針對境內探測數據，當軌接收之后一小時內完成產品制作；境外數據通過延遲回放處理，延遲2小時到12小時之間。

四、海洋衛星未來發展建議

根據國家需求與科技創新成果，繼續推進國家空間基礎設施建設，一是推動原來規劃的各類衛星如期立項研制、發射，確保國家空基規劃圓滿完成；二是跟蹤監督正在研制的衛星過程，做好協調，保證質量，按期發射；三是做好在軌衛星的管理，確保衛星安全穩定連續與延壽工作，發揮每顆衛星的效能、效益，在軌衛星若出現故障或停止工作時，有備份衛星及時發射補充，保持數據連續性與完整性。

加大研發力度，推動高軌海岸帶衛星和高軌SAR衛星立項，進一步提高衛星觀測時效和全天候工作時間。推進激光雷達及高分辨率海流觀測載荷研發，拓展海洋衛星觀測手段。

充分利用最新技術手段與成果，對幾十年來的歷史衛星數據進行整理歸檔與重處理，形成標準的基礎數據集，利用大數據分析工具挖掘可用信息，提高歷史數據價值和利用率。

開展多源數據融合研究，提取更豐富的信息，一是不同探測手段之間的信息融合；二是不同時空尺度的要素信息融合；三是不同類衛星包括陸地、氣象、國外衛星、商業衛星數據之間的融合使用。

完善地面系統能力建設，確保數據質量，豐富產品品種，加強應用系統建設，建立各類應用平臺，拓展應用領域，推動地方區域應用，打通數據產品到應用信息服務最后一公里，提高數據利用率和定量化水平。