中國航天60周年（二）：人造衛(wèi)星當空舞

中國航天60周年（二）：人造衛(wèi)星當空舞

眾所周知，航天器是開發(fā)太空資源的利器，目前主要有3種，即人造地球衛(wèi)星、載人航天器和空間探測器。它們各有所長，不能相互替代。自從1970年4月24日我國第1顆人造地球衛(wèi)星東方紅-1升空到現(xiàn)在，我國現(xiàn)已能獨自研制、發(fā)射和應用這3種航天器，并取得了巨大的效益。

在這3種航天器中，人造地球衛(wèi)星的數(shù)量和種類最多，用途最廣。按用途分類，它又可分為試驗衛(wèi)星、科學衛(wèi)星和應用衛(wèi)星3類，我國目前已可獨自研制、發(fā)射和應用這3類衛(wèi)星。

1　試驗衛(wèi)星當先鋒

航天器技術非常復雜，且常采用許多新概念、新技術、新材料和新型設備，所以在剛開始研制時必須反復試驗。這種試驗雖然在地面上要進行許多次，但是地面的環(huán)境條件與實際的太空飛行總是不一樣的。因此一般需要先發(fā)射技術試驗衛(wèi)星（簡稱試驗衛(wèi)星）。另外，別人已經(jīng)解決的技術但自己尚未掌握的，在正式應用之前也應在太空進行試驗，因為實際航天飛行試驗是非常關鍵的一步。

吉林-1技術驗證星

我國航天初期發(fā)射過多顆“實踐”系列試驗衛(wèi)星。2012年發(fā)射的實踐-9A、9B是我國民用新技術試驗衛(wèi)星系列的首批星，主要用于衛(wèi)星長壽命、高可靠、高精度、高性能、國產(chǎn)核心元器件和衛(wèi)星編隊及星間測量與鏈路等試驗。同年發(fā)射的“新技術驗證衛(wèi)星”和“蜂鳥”試驗載荷主要用于對新型航天器件、設備、材料、方法和微小衛(wèi)星平臺等進行在軌驗證試驗。2015年，我國發(fā)射了通信技術試驗衛(wèi)星-1和吉林-1技術驗證星等，后者主要開展多模式成像技術試驗驗證。

2016年，長征-7發(fā)射了6種試驗載荷。其中多用途飛船縮比返回艙用于獲取新型返回艙飛行氣動力和氣動熱數(shù)據(jù)，驗證可重復使用設計等關鍵技術。遨龍-1空間碎片主動清理飛行器裝載了1臺機械臂，用于模擬在太空抓取廢棄衛(wèi)星和其他大塊碎片，驗證碎片清除關鍵技術。2個“天鴿”飛行器的主要作用是驗證空間組網(wǎng)通信技術，在軌開展信息中繼技術試驗。在軌加注試驗裝置主要驗證我國的太空加注燃料技術，延長航天器壽命。

2　科學衛(wèi)星搞研究

科學衛(wèi)星是用于科學探測和研究。它可以不受大氣層的限制和影響，通過衛(wèi)星上的各類遙感器了解高層大氣、地球輻射帶和極光等空間環(huán)境，觀察太陽和其他天體。它又細分空間物理探測衛(wèi)星（簡稱探測衛(wèi)星）、天文衛(wèi)星、實驗衛(wèi)星等多種。

探測衛(wèi)星

這種衛(wèi)星可在太空直接探測地球大氣層外的空間物理現(xiàn)象和過程，研究中性粒子、高能帶電粒子、固體顆粒、低頻電磁波、等離子體波、磁場、電場、微流星體等，獲得大量的定量數(shù)據(jù)。

我國曾成功實施過“地球空間雙星探測計劃”。2003、2004年，我國先后發(fā)射了探測-1、2衛(wèi)星，它們分別對地球近赤道區(qū)和極區(qū)兩個地球空間環(huán)境變化最為重要的區(qū)域進行寬能譜粒子、高精度磁場及其波動的探測。這2顆小衛(wèi)星運行于當時國際上地球空間探測衛(wèi)星尚未覆蓋的重要活動區(qū)，相互配合，構成具有明顯創(chuàng)新特色的星座式獨立探測體系，對地球空間暴發(fā)生機制和發(fā)展規(guī)律進行了立體探測。

天文衛(wèi)星

天文衛(wèi)星可擺脫大氣層的封鎖，在全頻段范圍內(nèi)對宇宙空間進行詳細的觀測，對人類科學認識宇宙有革命性地推動，使天文學產(chǎn)生了第3次飛躍。

按照觀測的目標不同，天文衛(wèi)星可以分為太陽觀測衛(wèi)星和非太陽探測天文衛(wèi)星。按所觀測的宇宙中電磁波譜，又能分為可見光天文衛(wèi)星、X射線天文衛(wèi)星、γ射線天文衛(wèi)星和紅外天文衛(wèi)星等。它們有的是沒有鏡片的空間望遠鏡。

我國首顆天文衛(wèi)星—“悟空”暗物質粒子探測衛(wèi)星在軌飛行示意圖

因為宇宙中的天體由于溫度不同而發(fā)出各種頻段的電磁波，所以靠1顆天文衛(wèi)星很難進行全頻段觀測。一般來說，溫度越高，發(fā)出的電磁波波長越短。利用這一特性，通過觀測天體發(fā)出的電磁波可分析它們的類型和特征。在電磁波譜中，γ射線的波長最短，X射線次之，后面依次是紫外線、可見光、紅外和射電波。

我國2015年12月17日發(fā)射的“悟空”暗物質粒子探測是我國的第一顆天文衛(wèi)星，有望在暗物質探測和宇宙線物理兩大前沿領域取得重大突破，并可望在γ天文方面取得重要成果。該衛(wèi)星是目前觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質探測衛(wèi)星，超過國際上所有同類衛(wèi)星，而且成本較低。

我國2016年下半年升空的“硬X射線調制望遠鏡”，旨在研究黑洞的性質及極端條件下的物理規(guī)律，有望探測上千個被塵埃遮擋的超大質量黑洞、大批未知硬X射線類型天體，以及一系列天體高能輻射新現(xiàn)象等。與國外的相比，它具有更強大的成像能力和獨一無二的定向觀測能力，可實現(xiàn)世界最高靈敏度和最好空間分辨率的硬X射線巡天。它是“黑洞探針”的項目之一。

實驗衛(wèi)星

2016年4月6日，我國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星—實踐-10升空。它是單次搭載空間實驗項目最多的衛(wèi)星，開展了六大領域19項實驗，專門用于微重力科學和空間生命科學空間實驗研究，有些是世界首次。該衛(wèi)星采用了不少新技術。例如，首次在返回式衛(wèi)星上采用流體回路系統(tǒng)，大幅提升載荷功耗承受能力；首次探索返回式衛(wèi)星低成本技術和航天器產(chǎn)品可重復使用技術。

2016年8月16日，我國成功發(fā)射墨子號量子科學實驗衛(wèi)星，它是世界首顆量子通信衛(wèi)星，擬在國際上首次實現(xiàn)星地自由空間量子密鑰生成和分發(fā)、量子力學基本問題及非局域性檢驗等具有重要科學和實用意義的實驗。

測試中的實踐-10衛(wèi)星

2016年，我國又新立項5顆新的科學衛(wèi)星，計劃在2020年前發(fā)射。這5個項目包括：“太陽風-磁層相互作用全景成像”衛(wèi)星、“磁層-電離層-熱層耦合”小衛(wèi)星星座、“全球水循環(huán)觀測”衛(wèi)星、“愛因斯坦探針計劃”和“先進天基太陽天文臺”。它們將在基礎科學方面不斷產(chǎn)出重大原創(chuàng)性成果。

另外，我國空間科學家已提出了2016—2030年我國空間科學的一些計劃和任務建議，它包括“黑洞探針”計劃、“天體號脈”計劃、“天體肖像”計劃、“天體光譜”計劃、“系外行星探測”計劃、“太陽顯微”計劃、“太陽全景”計劃、“鏈鎖”計劃、“微星”計劃、“探天”計劃、“水循環(huán)探測”計劃、“能量循環(huán)探測”計劃、“生物化學循環(huán)探測”計劃、“輕盈”計劃、“輕”計劃、“空間基礎物理”計劃、“騰云”計劃、“載人航天工程”科學計劃等。

3　應用衛(wèi)星效益高

由于應用衛(wèi)星直接為國計民生和國防建設等服務，所以品種和發(fā)射數(shù)量最多，用途最廣，效益最高。按用途分，它主要包括通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和導航衛(wèi)星3種。

通信衛(wèi)星通全球

號稱“順風耳”的通信衛(wèi)星已成為現(xiàn)代通信的重要手段。它是設在太空的微波中繼站，相當于“二傳手”，主要通過轉發(fā)無線電信號來實現(xiàn)各種通信，具有通信距離遠、容量大、質量好、可靠性高和靈活機動等優(yōu)點，效益也很可觀。其不受地理條件限制，對地面設施依賴程度較低，在重大災害和戰(zhàn)爭情況下，比其他方式更安全可靠，有時甚至是唯一應急通信手段。

按照業(yè)務種類分類，通信衛(wèi)星可分為固定通信衛(wèi)星、移動通信衛(wèi)星、電視廣播衛(wèi)星和跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星等。 我國已先后研制、發(fā)射和應用了三代固定通信衛(wèi)星、一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星和一代移動通信衛(wèi)星。

（1）固定通信衛(wèi)星

第一代固定通信衛(wèi)星采用東方紅-2衛(wèi)星平臺，可裝載2～4臺轉發(fā)器，壽命4年，采用自旋穩(wěn)定式。

第二代固定通信衛(wèi)星采用東方紅-3衛(wèi)星平臺。它可裝載24臺C頻段轉發(fā)器，工作壽命達8年，采用三軸穩(wěn)定方式，是目前我國經(jīng)過多次飛行考驗的中容量地球靜止軌道衛(wèi)星平臺，先后用于“中星”、鑫諾-3等通信衛(wèi)星。我國還研制了技術更先進的東方紅-3A、3B衛(wèi)星平臺，填補了東方紅-3中容量與東方紅-4大容量衛(wèi)星平臺之間的空白。

采用東方紅-3B衛(wèi)星平臺的老撾-1衛(wèi)星進行天線展開試驗，該衛(wèi)星于2015年升空

第三代固定通信衛(wèi)星采用東方紅-4衛(wèi)星平臺，具有輸出功率大、承載能力強和服務壽命長等特點，達到國際同類通信衛(wèi)星的先進水平，設計壽命15年。2015年，裝載了46臺轉發(fā)器的亞太-9升空，它是我國通信衛(wèi)星轉發(fā)器數(shù)量最多的。我國現(xiàn)已用東方紅-4衛(wèi)星平臺打造了10多顆通信衛(wèi)星，現(xiàn)正在研制東方紅-4增強型衛(wèi)星平臺。

（2）數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星

數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，主要用于轉發(fā)低軌航天器與地面之間的實時數(shù)據(jù)。我國已發(fā)射了3顆采用東方紅-3衛(wèi)星平臺的第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星天鏈-1，使我國測控覆蓋率接近100%，并能提供百兆以上的高數(shù)據(jù)傳輸速率。我國還將研制性能更高的第二代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。

（3）移動通信衛(wèi)星

2016年8月6日，我國首顆移動通信衛(wèi)星—天通-1的01星升空。該衛(wèi)星采用東方紅-4衛(wèi)星平臺和傳輸損耗小、雨衰小的S頻段，技術指標與能力水平能夠達到國際第三代移動通信衛(wèi)星水平，能夠滿足用戶多樣化通信需求，可以為車輛、飛機、船舶和個人等移動用戶提供話音、數(shù)據(jù)等通信服務，并可以實現(xiàn)用戶終端的小型化、手機化。它標志著我國正式進入了地球同步軌道移動通信衛(wèi)星俱樂部。

東方紅-2、3、3A、3B衛(wèi)星平臺性能參數(shù)

為天通-1移動通信衛(wèi)星扣整流罩

移動通信衛(wèi)星既可以確保應急通信，又能自上而下實現(xiàn)對海洋、山區(qū)和高原等地區(qū)的無縫覆蓋，不受地形等因素的影響。據(jù)統(tǒng)計，全國地面移動通信覆蓋率不足國土陸地面積的10%。天通-1將有效解決目前我國移動通信覆蓋不足的難題，對海上石油勘探開采、森林防護等通信能力提升有重要幫助，乘坐飛機旅行時的上網(wǎng)交流也將成為可能。

（4）未來前景廣闊

2016年7月23日，我國首個高通量寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)啟動，具有國際一流水平。全系統(tǒng)由3～4顆衛(wèi)星組成，可覆蓋全球。它采用K a頻段，比常規(guī)通信衛(wèi)星高出數(shù)十倍容量，可讓用戶通過衛(wèi)星傳輸隨時隨地享受高速互聯(lián)網(wǎng)服務，最大優(yōu)勢是降低成本?，F(xiàn)計劃于2018年底發(fā)射首顆高通量寬帶通信衛(wèi)星，2019年開展衛(wèi)星通信運營服務?！笆濉蹦┢?，還將再發(fā)射2顆高通量寬帶衛(wèi)星。

今后，我國還將研制電視直播衛(wèi)星、寬帶多媒體衛(wèi)星、第2代中繼衛(wèi)星以及東方紅-5超大型衛(wèi)星平臺等。其中東方紅-5可適應下一代通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星等需求使用了多項新技術，如電推進技術、網(wǎng)絡熱管和可展開式熱輻射器技術、二維二次展開半剛性太陽翼、全管理貯箱、新一代電源控制器技術、綜合電子技術等，進入國際先進行列。

東方紅-4、5衛(wèi)星平臺的性能參數(shù)

遙感衛(wèi)星觀六路

號稱“千里眼”的遙感衛(wèi)星站得高，看得遠，是一種利用衛(wèi)星上所裝載的各種遙感器對地球進行連續(xù)的、快速的、大面積的詳細觀測的應用衛(wèi)星。它把人類認識地球、研究地球的視點從地面、低空擴展到太空，從而可以居高臨下，利用各種遙感器對地球進行連續(xù)的、快速的、大面積的詳細觀測。

遙感衛(wèi)星又叫對地觀測衛(wèi)星，根據(jù)用途又分為陸地衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星，它們的主要區(qū)別在于時間、空間和光譜分辨率及譜段不同，因而用途不一。我國現(xiàn)已研制、發(fā)射和應用了這些衛(wèi)星。

（1）陸地衛(wèi)星

1）返回式衛(wèi)星。返回式衛(wèi)星是中國最早的應用衛(wèi)星，先后24顆入軌，23顆回收。用這些返回式衛(wèi)星不僅進行了遙感、微重力實驗和新技術試驗，還為掌握載人飛船返回技術提供了重要借鑒。我國未來將研制可重復使用衛(wèi)星。

2）資源衛(wèi)星。資源衛(wèi)星是當代最先進的勘測手段，具有大范圍、快速、定期和綜合觀測等優(yōu)點，從而發(fā)現(xiàn)了許多以前因人跡未到或手段落后而沒有找到的自然資源，并節(jié)省了大量人力、物力和財力。此外，它還是環(huán)保和減災能手。我國和巴西已合作研制并發(fā)射成功了4顆資源-1衛(wèi)星，最高分辨率為2.36m。我國自己還獨自研制了3顆資源-2和2顆資源-3衛(wèi)星，其中資源-3是我國民用立體測繪衛(wèi)星，2016年發(fā)射的資源-3的02星分辨率為2.5m。

3）高分衛(wèi)星。2013年4月26日，我國發(fā)射了高分辨率對地觀測系統(tǒng)的首發(fā)星—高分-1。該衛(wèi)星2臺高分辨率相機的全色分辨率為2m，多光譜分辨率8m，幅寬60km，4臺多光譜寬幅相機分辨率為16m，幅寬800km，對全球的重訪小于4天，是目前同等分辨率下幅寬最大的，壽命大于5年。所以其最大特點就是同時兼有較高空間分辨率和較高時間分辨率。

隨著經(jīng)濟建設的日新月異，人類對衛(wèi)星的分辨率和使用壽命要求越來越高，對地觀測已進入高分辨率衛(wèi)星時代。高分辨率對地觀測衛(wèi)星可解決國土資源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、災害監(jiān)測與城市建設等應用急需。2014年8月19日，我國發(fā)射了首顆分辨率為亞米級的高分-2，它裝有2臺分辨率優(yōu)于1m/4m的全色/多光譜相機，總幅寬45km。

研制中的高分-4

2015年12月29日，高分-4升空。它是“高分”專項首顆高軌道高分辨率光學遙感衛(wèi)星，也是目前世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星，采用首臺高軌高分辨率面陣凝視相機。其光學分辨率為50m，能長期對河南省大小的某一地區(qū)固定連續(xù)觀測，在氣象觀測、應急救災、環(huán)境保護、國土普查等動態(tài)實時監(jiān)測方面都有很高的應用價值。2015年，我國還發(fā)射了高分-8、9。

2016年8月10日發(fā)射的高分-3是分辨率達1m的合成孔徑雷達衛(wèi)星，也是民用高分專項中唯一的相控陣雷達成像衛(wèi)星和我國首顆C頻段多極化高分辨率微波遙感衛(wèi)星。它有12種工作模式，功率高達萬瓦級，可為海洋、減災、水利、氣象等服務。

此后將要發(fā)射的高分-5是我國第一顆高光譜綜合觀測衛(wèi)星，且擁有多部大氣環(huán)境和成分探測設備，如可以間接測定PM 2.5的氣溶膠探測儀；高分-6的載荷性能與高分-1相似；高分-7屬于高分辨率空間立體測繪衛(wèi)星。

“高分”系列衛(wèi)星覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型，構成了一個具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測系統(tǒng)。

4）商用衛(wèi)星。2015年10月7日發(fā)射的吉林-1組星是我國首批開發(fā)的商用遙感衛(wèi)星。其中1顆是光學A星，分辨率0.72m（國內(nèi)民商衛(wèi)星中最高的）；2顆是視頻星，分辨率1.12m；1顆是技術驗證星，用于開展多模式成像技術驗證。

5）環(huán)境衛(wèi)星。2008年9月6日，我國環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座的首批衛(wèi)星—環(huán)境-1A、1B升空。前者有2臺CCD相機和1臺超光譜成像儀；后者有2臺CCD相機和1臺紅外相機。CCD分辨率為30m，幅寬700km；超光譜成像儀有120個譜段和30°側視能力，分辨率100m，幅寬50km；紅外相機有4個譜段，分辨率為150m和300m，幅寬700km。它們可獲高時間分辨率、中等空間分辨率觀測數(shù)據(jù)， 對我國大部分地區(qū)實現(xiàn)每天一次重復觀測。

2012年11月19日，環(huán)境-1C星升空。它是我國首顆民用雷達衛(wèi)星，可全天候、全天時進行對地觀測，與環(huán)境-1A、1B組成了2+1星座。它有條帶和掃描兩種工作模式，分辨率分別為5m和15m，成像帶寬度分別為40km和100km。

（2）氣象衛(wèi)星

氣象衛(wèi)星的最大特點是具有很短的覆蓋周期，能大大提高天氣預報的準確率，沒漏過一次臺風預報，主要用于探測和監(jiān)視全球大氣狀況。它還廣泛應用于船舶航行、災害監(jiān)測和冰情預報等眾多非氣象領域。

氣象衛(wèi)星分兩種：一種是極軌氣象衛(wèi)星，另一種是靜止氣象衛(wèi)星。前者可實施全球覆蓋，每天能繞地球運行14圈，對同一地區(qū)觀測2次，并且分辨率較高，適于全球長期天氣預報。后者可對衛(wèi)星下方40%的地球進行連續(xù)觀測，能持續(xù)不斷地對同一地區(qū)觀測，每隔30m in即可獲得一幅地球圓盤圖像，特別適合監(jiān)測生命期較短而危害又大的強對流災害性天氣，開展地區(qū)性短期天氣預報業(yè)務。這2種衛(wèi)星互相補充，基本可以做到對全球的連續(xù)監(jiān)測。

風云-4新一代靜止氣象衛(wèi)星模型

我國是世界第3個同時擁有極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星的國家，風云-1、3為前者；風云-2、4為后者。其效益為1∶10。目前，在軌工作的有3顆第二代極軌氣象衛(wèi)星風云-3和4顆第一代靜止氣象衛(wèi)星風云-2。

風云-3裝有10通道掃描輻射計、20通道紅外分光計、20通道中分辨率成像光譜儀、紫外臭氧總量探測儀等12臺儀器，達到世界先進水平。它可在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、多光譜、三維、定量氣象探測，主要為中期數(shù)值天氣預報提供氣象參數(shù)，并監(jiān)測大范圍自然災害和生態(tài)環(huán)境，從而使我國全球觀測數(shù)據(jù)的時間分辨率從12h提高到6h，大幅提高了我國氣象觀測能力和中期天氣預報能力。

2012年1月13日發(fā)射的風云-2F載有5通道掃描輻射計和空間環(huán)境監(jiān)測器。前者是獲取云圖的主要儀器，可以在非汛期每小時、汛期每0.5h獲取覆蓋地球表面約1/3的全圓盤圖像；后者能對太陽X射線、高能質子、高能電子和高能重粒子流量進行多能段監(jiān)測，用于開展空間天氣監(jiān)測、預報和預警業(yè)務。

2016年底，我國將發(fā)射首顆第二代靜止氣象衛(wèi)星風云-4。它采用三軸穩(wěn)定控制，接替采用自旋穩(wěn)定的風云-2，其連續(xù)性、穩(wěn)定性可大幅度提高我國靜止氣象衛(wèi)星探測水平。衛(wèi)星的輻射成像通道將增加到14個，接近歐美第三代靜止氣象衛(wèi)星的16個通道。風云-4還配備了有912個光譜探測通道的干涉式大氣垂直探測儀，可在垂直方向上對大氣結構實現(xiàn)高精度定量探測，這是歐美第三代靜止氣象衛(wèi)星不具備的。

我國自主研制的首顆“全球大氣二氧化碳觀測科學實驗衛(wèi)星”（簡稱“碳衛(wèi)星”）定于2016年下半年發(fā)射。該衛(wèi)星將用高光譜二氧化碳探測儀、多譜段云與氣溶膠探測儀，以高空間分辨率和高光譜分辨率監(jiān)測全球二氧化碳，旨在為全球學者開展碳排放和氣候變化，為我國政府開展氣候變化談判和環(huán)境外交提供重要支撐。

到2025年，我國規(guī)劃了14顆大氣觀測衛(wèi)星，包括1顆風云-2衛(wèi)星，4顆風云-3衛(wèi)星，3顆風云-4衛(wèi)星，2顆降水測量雷達衛(wèi)星，晨昏軌道衛(wèi)星、靜止軌道微波探測衛(wèi)星、高精度溫室氣體綜合探測衛(wèi)星、大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星各1顆。

我國還在研制用于預報地震的“電磁監(jiān)測衛(wèi)星”。

（3）海洋衛(wèi)星

用海洋衛(wèi)星能經(jīng)濟、方便地對大面積海域進行實時、同步、連續(xù)地監(jiān)測，更好地保護海洋和開發(fā)海洋資源。

我國現(xiàn)已發(fā)射了2顆海洋-1水色衛(wèi)星和1顆海洋-2海洋動力環(huán)境衛(wèi)星。海洋-1衛(wèi)星載有1臺10頻段海洋水色掃描儀和1臺4頻段CCD海岸帶成像儀，用于探測葉綠素濃度，懸浮泥沙含量等。海洋-2集主、被動微波遙感器于一體，載有雷達高度計、微波散射計、微波輻射計和校正輻射計共4部微波遙感器，同時搭載了用于星地激光通信試驗任務的激光通信終端，用于探測海面風場、海面高度、浪場、流場以及溫度場等協(xié)動力環(huán)境要素。

海洋-2在軌飛行示意圖

我國還在研制“中法海洋衛(wèi)星”，它將在國際上首次開展海洋風浪相互作用的聯(lián)合觀測。

導航衛(wèi)星用途廣

目前，60%以上的信息與定位和時間有關，衛(wèi)星導航與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信已成為21世紀信息技術領域的三大技術之一，是當今社會重要的空間信息基礎設施。用衛(wèi)星導航實質上是把無線電導航臺搬到太空上去，用衛(wèi)星作為空間基準點，以增加覆蓋范圍。其應用只受想像力的限制。因此，我國很重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，并分三個階段實施。

（1）第一階段

2000-2007年為第一階段。我國先后發(fā)射了4顆“北斗”導航試驗衛(wèi)星（也叫北斗-1），成為世界第3個擁有衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。該系統(tǒng)不僅可提供區(qū)域導航定位，還能進行雙向數(shù)字報文通信和精密授時，特別適用于需要導航與移動數(shù)據(jù)通信相結合的用戶，多次在救災中發(fā)揮重要作用。

（2）第二階段

2007-2012年底為第二階段。我國陸續(xù)發(fā)射了16顆“北斗”導航衛(wèi)星（也叫北斗-2），建成了由14顆“北斗”（5顆靜止軌道+5顆傾斜地球同步軌道+4顆中圓軌道）組成的區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，定位精度10m，測速精度0.2m/s，授時精度50ns，120個漢字。

（3）第三階段

2012-2020年為第三階段。我國將建成由35顆“北斗”組成的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（5顆靜止軌道+ 3顆傾斜地球同步軌道+27顆中圓軌道），定位精度10m，測速精度0.2m/s，授時精度10ns，授權用戶定位精度1m，120個漢字。

2015年，我國發(fā)射了4顆新一代“北斗”導航衛(wèi)星，2016年初又發(fā)射了1顆新一代“北斗”導航衛(wèi)星，這標志著我國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)由區(qū)域運行向全球拓展的啟動實施。

新一代“北斗”導航衛(wèi)星采用了以高精度星載原子鐘、星座自主運行等為代表的衛(wèi)星載荷關鍵技術，以輕量化、長壽命、高可靠為典型特征的衛(wèi)星平臺關鍵技術，基于星地鏈路、星間鏈路、全新導航信號體制的導航衛(wèi)星運行控制關鍵技術，以及98%的國產(chǎn)化器件，關鍵器件均為“中國造”。

我國“北斗”有一些美國GPS不具備的性能和特點：一是“北斗”空間段采用3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強，尤其低緯度地區(qū)性能特點更為明顯。二是“北斗”提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度。三是“北斗”創(chuàng)新融合了導航與通信能力，具有實時導航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。

準備發(fā)射新一代“北斗”導航衛(wèi)星

另外，我國2016年將發(fā)射世界首顆“脈沖星導航專用試驗衛(wèi)星”。脈沖星是高速自轉的中子星，具有極其穩(wěn)定的周期性，其穩(wěn)定度優(yōu)于10-19，是自然界最精準的天文時鐘。所以，脈沖星導航衛(wèi)星有望代表未來導航衛(wèi)星的發(fā)展方向。

4　小型衛(wèi)星前景廣

由于現(xiàn)代小衛(wèi)星具有研制周期短、成本比較低、發(fā)射方式靈活、應用范圍很廣，尤其是其組成的星座功能和生存能力很強，所以可廣泛應用在通信、遙感、科研和國防等許多領域?，F(xiàn)代小衛(wèi)星已發(fā)展了20多年，共經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。經(jīng)過這五個發(fā)展階段，我國現(xiàn)代小衛(wèi)星取得了飛速發(fā)展，先后研制了CAST-100、968（1000）、2000、3000等為代表的多類小衛(wèi)星柔性平臺。

1995-2000年為現(xiàn)代小衛(wèi)星興起階段。1996年8月，我國正式啟動了CAST-968小衛(wèi)星平臺的開發(fā)和實踐-5科學探測與技術試驗衛(wèi)星的研制，由此拉開了中國現(xiàn)代小衛(wèi)星的發(fā)展帷幕。1999年5月10日，實踐-5成功發(fā)射，驗證了我國第一個小衛(wèi)星公用平臺。

2000-2005年為高性能小衛(wèi)星的發(fā)展階段?；贑AST-968小衛(wèi)星平臺研制的探測-1、2分別于2003年和2004年成功發(fā)射。國內(nèi)高校研制的清華-1、納星-1、探索-1和創(chuàng)新-1等衛(wèi)星也成功發(fā)射，在軌開展了創(chuàng)新技術驗證。

準備發(fā)射的希望-2由6顆小衛(wèi)星組成，它們已于2015年升空

商業(yè)遙感衛(wèi)星模型

2005-2010年為業(yè)務化小衛(wèi)星的應用階段。以海洋-1A、1B和環(huán)境-1A、1B以及實踐-11為代表的小衛(wèi)星成功發(fā)射，并形成了切實的業(yè)務化應用。與此同時，啟動了CAST-100和小CAST-3000新型小衛(wèi)星平臺的開發(fā)。2009年，我國首顆公益衛(wèi)星—希望-1成功發(fā)射，驗證了CAST-100平臺技術。同期，以特種通信和技術試驗-1為代表的多顆技術驗證衛(wèi)星成功發(fā)射。

2010-2015年為體系化應用的成熟階段。我國以航天東方紅衛(wèi)星有限公司為代表，成功發(fā)射并應用了包括環(huán)境-1C、高分-1、實踐-9等幾十顆小衛(wèi)星，覆蓋了對地觀測、海洋監(jiān)測、空間科學探測、技術試驗等眾多領域，形成了環(huán)境減災系列、高分觀測系列、海洋監(jiān)測系列、技術試驗系列、科學探測系列等門類完善的小衛(wèi)星系列，全方位服務于我國經(jīng)濟社會發(fā)展和百姓生活，小衛(wèi)星已經(jīng)成為我國空間系統(tǒng)體系不可或缺的重要組成部分。

2015年到現(xiàn)在為細分市場的繁榮階段。我國面對日益細分的市場需求，小衛(wèi)星系列也不斷豐富完善。以航天東方紅衛(wèi)星有限公司為例，面向國家級用戶、行業(yè)級用戶和消費級用戶等三類市場，目前，已經(jīng)形成了高性能、長壽命、應急響應、商業(yè)和皮納等小衛(wèi)星系列。2015年，面向國家級、行業(yè)級高端用戶市場的CAST-3000平臺首發(fā)星—高分-9成功發(fā)射，標志著我國高分辨率、高性能衛(wèi)星遙感時代的到來；與此同時，提供低成本解決方案的皮納衛(wèi)星系列的首發(fā)星—希望-2成功發(fā)射應用，標志著我國皮納衛(wèi)星進入應用化階段。與此同時，開拓-1、浦江-1、吉林-1等一批引入創(chuàng)新體制和設計理念的小衛(wèi)星開展研制并發(fā)射成功。當前，以高端小衛(wèi)星、皮納衛(wèi)星、商業(yè)化采購服務等為代表的細分市場正在加速形成。

展望未來，中國航天科技集團將在2022年前后建成一個“16+4+4+X”小型商業(yè)遙感衛(wèi)星星座，即由16顆0.5m分辨率光學衛(wèi)星、4顆高端光學衛(wèi)星、4顆微波衛(wèi)星以及多顆視頻高光譜等微小衛(wèi)星組成的0.5米級高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，并將于2016年年底前執(zhí)行首次發(fā)射。

另外，河北將研制16顆河北-1，它能提供每月覆蓋河北全境和京津冀大部分區(qū)域2.5m遙感數(shù)據(jù)，每隔一周就會對河北省的數(shù)據(jù)進行一次全面更新。吉林將研制138顆吉林-1，到2020年，在軌衛(wèi)星數(shù)量達到60顆，2030年達到138顆。

此外，還有華訊方舟等單位的K a波段寬帶衛(wèi)星和108顆視頻衛(wèi)星、7顆衛(wèi)星嘉定-1（5顆視頻衛(wèi)星、2顆高光譜衛(wèi)星）、義烏私企的60顆衛(wèi)星（組成通信、導航、遙感系統(tǒng)）等商業(yè)小衛(wèi)星將在未來發(fā)射。

歐陽/文

Man-made Satellites Dancing in Space