中國進(jìn)入衛(wèi)星微波遙感應(yīng)用時(shí)代

本刊編輯部

中國進(jìn)入衛(wèi)星微波遙感應(yīng)用時(shí)代

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日前，中國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運(yùn)載火箭成功將高分三號衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，發(fā)射圓滿成功。高分三號是我國首顆多極化合成孔徑雷達(dá)（SAR）衛(wèi)星，能提供最高1米分辨率的遙感成像，是世界上分辨率最高的C頻段多極化SAR衛(wèi)星。

高分三號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師張慶君說：“高分三號衛(wèi)星的發(fā)射和應(yīng)用，把我國高分系統(tǒng)建設(shè)由可見光、熱紅外、遠(yuǎn)紅外帶入到微波輻射區(qū)，迎來了衛(wèi)星微波遙感應(yīng)用的新時(shí)代?！?/p>

高分三號衛(wèi)星總重量約2.8噸，裝載一臺大型的C頻段合成孔徑雷達(dá)，設(shè)計(jì)壽命8年，運(yùn)行于平均高度為755公里的太陽同步軌道。

觀測“入木三分”

由于具備1米分辨率成像模式，高分三號衛(wèi)星成為世界上C頻段多極化SAR衛(wèi)星中分辨率最高的衛(wèi)星系統(tǒng)。分辨率從1米到500米，成像幅寬從10公里到650公里。高分三號衛(wèi)星還具有觀測模式多、觀測時(shí)間長和觀測質(zhì)量高等特點(diǎn)，其高分寬幅兼容，不但能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的普查，如大面積的海上綠潮普查和溢油監(jiān)測等，也能夠?qū)μ囟ǖ膮^(qū)域進(jìn)行詳查，刻畫出更多細(xì)節(jié)上的特性，由此來滿足不同用戶對不同目標(biāo)成像的需求。同時(shí)，高分三號衛(wèi)星圖像質(zhì)量良好，達(dá)到國際同類衛(wèi)星先進(jìn)水平，可以為用戶提供高質(zhì)量精細(xì)化的圖像數(shù)據(jù)。

在確保獲取高精度SAR圖像的前提下，高分三號可支持最長單次連續(xù)成像工作達(dá)到約50分鐘，滿足了特定用戶連續(xù)工作的需求，具備完成我國從北到南一次成像的能力。

高分三號衛(wèi)星工程總師徐福祥說，根據(jù)微波的物理特性，微波成像就像是在為地球表面做CT，“它對云層、地表植被、松散沙層和冰雪具有一定的穿透能力，不但可以看到地面上有什么，還能看到地表之下的一些情況”。高分三號既可以“清晰地看到故宮之中的某一間房子”，也可以“清晰地觀察我國一個省的全貌”。

全天時(shí)、全天候

剛剛過去的7月暴雨洪災(zāi)讓人記憶猶新。在暴雨災(zāi)害中，如果能精準(zhǔn)觀測地面情況，對災(zāi)情控制和救助都會有很大幫助。但目前，無論是南方強(qiáng)降雨區(qū)域、臺風(fēng)登陸區(qū)域，還是北京的霧霾區(qū)域，都是光學(xué)衛(wèi)星難以實(shí)現(xiàn)觀測的。而8月份剛剛發(fā)射升空的高分家族新成員——高分三號衛(wèi)星卻都能夠在上述情況下得到清晰影像。

目前，高分專項(xiàng)已經(jīng)發(fā)射的高分一號、高分二號、高分四號等衛(wèi)星以及正在研制的高分五號、高分六號和高分七號等衛(wèi)星，多是光學(xué)遙感衛(wèi)星，可以提供高精度光學(xué)對地觀測遙感數(shù)據(jù)。光學(xué)遙感主要是利用光波，即可見光和紅外對地成像，這種成像是會受天氣影響的。與其他兄弟不同的是，高分三號衛(wèi)星是一顆微波遙感衛(wèi)星，最大的特點(diǎn)就是全天時(shí)、全天候的成像能力，不管白天或黑夜，也不管晴空或雷雨多云，都可以隨時(shí)對地成像。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約70%的災(zāi)害是地震、洪澇和泥石流等，在出現(xiàn)地震、滑坡、洪澇等自然災(zāi)害時(shí)，往往伴隨惡劣的氣象條件，并且要求快速響應(yīng)提供災(zāi)區(qū)第一手圖像信息，這個時(shí)候，類似高分三號的微波成像衛(wèi)星往往發(fā)揮更大的作用。它能全天候?qū)Ｑ笈c陸地觀測，提升海洋監(jiān)視監(jiān)測、災(zāi)害管理、水資源評價(jià)和氣象預(yù)測預(yù)報(bào)水平，并提高農(nóng)業(yè)、國土、環(huán)保、國安、住建、交通、林業(yè)、地震和測繪等行業(yè)的調(diào)查與監(jiān)測能力，這種全天候特點(diǎn)尤其適合于防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)用。

因此，高分三號的出現(xiàn)可以有效彌補(bǔ)高分專項(xiàng)其他型號成像受光照條件限制的不足，填補(bǔ)高分專項(xiàng)工程的空白。

“一星多用”的典范

高分三號衛(wèi)星整星具備了12種成像模式，是世界上C頻段SAR成像模式最多的微波遙感衛(wèi)星，涵蓋了傳統(tǒng)的條帶成像模式和掃描成像模式，以及面向海洋應(yīng)用的波成像模式和全球觀測成像模式，是“一星多用”的典范。

在眾多成像模式中，波成像模式和全球觀測模式是專門針對海洋觀測的，主要為我國獲取全球的海浪和海面風(fēng)的全球觀測數(shù)據(jù)。高分專項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)副總師蔣興偉表示，我國在全球各大洋的船舶無論是從事交通運(yùn)輸、大洋漁業(yè)還是調(diào)查科考，航行在汪洋大海上，海面風(fēng)和浪的信息無疑是很重要的，這會直接影響到船只航行的安全。所以，對風(fēng)和浪的實(shí)時(shí)觀測，可以幫助我們建立起全球海浪和海面風(fēng)的預(yù)報(bào)模式。由此，海洋、氣象學(xué)家可進(jìn)一步做出24小時(shí)、48小時(shí)甚至72小時(shí)的全球海洋預(yù)報(bào)產(chǎn)品，更好地為海上船只提供服務(wù)。

按照工程設(shè)計(jì)要求，從順利進(jìn)入預(yù)定軌道算起的7～8天后，高分三號將開始進(jìn)行對地成像，大概在4個月的調(diào)試之后，高分三號將正式投入使用，隨時(shí)等待大地和海洋的召喚。屆時(shí)，高分三號將開始在太空中進(jìn)行為期8年的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)單次小時(shí)量級的連續(xù)成像，并用多極化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)盡最大可能將多方面信息收集起來傳給地面，從而幫助科學(xué)家們更全方位地獲取海洋、陸地的各種信息。

打破國外壟斷

長期以來，我國大量使用國外微波遙感成像衛(wèi)星提供的高分辨率圖像數(shù)據(jù)。高分三號SAR載荷主任設(shè)計(jì)師孫吉利曾進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，我國用戶購買的微波遙感衛(wèi)星圖像，僅100平方千米的一景就需要3～4萬人民幣。并且，購買流程需要時(shí)間，很難滿足快速需求。

今后高分三號衛(wèi)星提供的雷達(dá)圖像完全可以取而代之。

“在之后的防災(zāi)減災(zāi)過程中，我國就可以用高分三號設(shè)計(jì)的12種成像模式，對災(zāi)害地區(qū)進(jìn)行快速、精確觀測了?！睂O吉利說，另外高分三號的出現(xiàn)應(yīng)該還有兩重題中之義：即形成經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約救災(zāi)成本，更重要的是，打破國外微波遙感衛(wèi)星的壟斷，不再受制于人。

高分三號衛(wèi)星研制中非常注重關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)的國產(chǎn)化。關(guān)鍵的SAR分系統(tǒng)和控制分系統(tǒng)，所有設(shè)備和部組件都是由國內(nèi)單位研制，其技術(shù)水平達(dá)到或超過同類進(jìn)口產(chǎn)品。高分三號衛(wèi)星研制過程中采取了50多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，也推動了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，比如在精密制造和微組裝領(lǐng)域，進(jìn)一步提升了精密加工精度和組裝密度，并帶動了多學(xué)科綜合設(shè)計(jì)水平和機(jī)電熱一體化設(shè)計(jì)方法的研究和應(yīng)用。高分三號衛(wèi)星帶動下開發(fā)的新產(chǎn)品、新方法、新工藝也將應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)航天技術(shù)的創(chuàng)新引領(lǐng)作用。

隨著高分?jǐn)?shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定免費(fèi)供應(yīng)和數(shù)據(jù)處理服務(wù)逐漸完善，國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國內(nèi)市場的占有率以及數(shù)據(jù)價(jià)格均大幅下降。