高分六号升空“天眼”工程数据体系基本形成

2018年06月11日 17:32中国青年报 责任编辑:梦月

  6月2日,高分六号在酒泉卫星发射中心成功发射,这是一颗低轨光学遥感卫星,也是我国第一颗实现精准农业观测的高分卫星。至此,我国高分辨率对地观测系统重大专项(以下称“高分专项”),继高分一号到五号之后,迎来又一位步入太空的新成员。

  高分专项被誉为“天眼”工程,是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》确定的16个重大科技专项之一,与之一起进入专项名单的还有人们耳熟能详的载人航天、探月工程、大飞机等项目。

  2010年该专项全面启动实施。如今8年过去,高分家族在千呼万唤之中,逐渐崭露头角,多颗高分兄弟在轨服役,仿若一个个高挂在地球上空的巨大相机,观测地球母亲。

  高分专项工程总师、国防科工局重大专项工程中心主任童旭东说,迄今为止,我国涵盖不同空间分辨率、不同覆盖宽度、不同谱段、不同重访周期的高分数据体系已基本形成。

  高分老大哥迎来“配对者”

  此次高分六号升空后,将和在轨的高分一号组成星座,开启“高分家族”组网新篇章。

  航天科技集团五院高分六号卫星总指挥兼总设计师白照广说,两者将形成“2米/8米光学成像卫星系统”,大大缩短重访时间间隔,“时间分辨率从4天缩短到2天”。

  作为高分家族里的老大哥,高分一号早在2013年4月就已成功升空,到如今和高分六号“配对”,已等了5年之久。

  肩负着高分家族开疆拓土的使命,高分一号的最大特点是“大幅宽成像”,能将视野范围内800公里的事物都纳入进来, 4天即可完整观测地球。

  根据白照广的说法,5年来, 高分一号已向我国的国土资源系统、地质行业及科研院所等100多家单位和机构提供了大量遥感图像数据,成为遥感领域应用最广泛的卫星之一,被誉为“看得广、看得快、看得准、看得清、应急效果好”的卫星。

  一些突发事件、热点问题发生时,也能看到高分一号的身影。来自航天科技集团五院的数据统计,不管是2013年雅安芦山地震,还是2014年马航失联事件,2015年天津滨海新区爆炸事故、深圳山体滑坡事件,高分一号都曾向相关部门和行业贡献了自己的“见识”。2014年,高分一号还“入列”空间与重大灾害国际宪章值班卫星,成为我国第三颗入列值班卫星。

  高分“二哥”视力最牛

  高分一号升空后,时隔一年半,高分二号在2014年8月升空,其成功发射意味着我国民用遥感卫星进入了亚米级分辨率时代。

  航天科技集团五院总体部研究员、高分二号卫星总指挥兼总设计师潘腾打过一个比方:如果说空间分辨率两米的高分一号,能看到地面的小轿车;那么,空间分辨率达到亚米级的高分二号,就能看到地面的自行车。

  潘腾说,高分“二哥”浑身是“宝”,它的身上,有两台分辨率为1米全色/4米多光谱组合而成的相机,这是现今我国焦距最长、分辨率最高的民用航天遥感相机,也是国际上同等分辨率幅宽最大的遥感相机。

  也因此,高分二号成了我国迄今研制的空间分辨率最高的民用遥感卫星,具备高空间分辨率优于1米和幅宽大于45千米的成像能力,技术指标达到或超过国外同类光学遥感卫星的水平。

  此外,高分二号还有一颗赤诚的“中国心”,其国产化程度达到98%以上,关键单机和部件全部是我国自主研制——是高分家族中单机国产化程度最高的卫星。潘腾说,这极大改善了我国高分辨率遥感数据主要依靠进口的状态,为国内用户提供高精度对地观测数据起到重要示范作用。

  如今,高分二号在轨运行已超过3年,每月分发20余万景超过1.1亿平方公里影像。来自国防科工局的数据显示,高分二号数据市场占有率达80%,彻底改变了我国高分辨率对地观测数据主要依赖进口的局面。

  全天候待命的“三哥”

  高分兄弟都遗传了家族“好视力”的优点,这足以让它们在群星当中更加闪耀。

  2016年8月25日,备受瞩目的高分三号在经历了为期两周的太空旅行之后,正式向世人发布由它亲自拍摄的“高清大片”,这标志着我国低轨道合成孔径雷达卫星研制技术实现重大突破。从此,我国民用天基高分辨率合成孔径雷达图像打破“全进口”现状,做到“核心在手”。

  十分特别的是,高分“三哥”身上武装的是主动探测载荷,利用微波进行探测,通过自己发射信号并接收地面反射的回波信号,探测地面物体的细节和特征。换言之,不需要“照相机”就能“拍照”。

  航天科技集团五院高分三号卫星总指挥兼总设计师张庆君说,与“光学”遥感卫星相比,高分三号这种“微波”遥感卫星的最大特点,就是具备全天时、全天候的成像能力——不需要借助光线,不论刮风下雨,还是白天黑夜、风沙雾霾,都能从容守望,做到真正的“不畏浮云遮望眼”。

  也因此,高分三号被誉为全天候待命的“天眼”神探。张庆君说,高分三号的发射和应用,把我国高分系统建设由可见光、热红外、远红外带入到微波辐射区,迎来了卫星微波遥感应用的新时代。截至目前,高分三号已向国内50余家科研单位,分发数据超过60万景。

  张庆君说,目前国际上应用最广泛的某商用雷达卫星数据产品平均价格在3万元/景,而高分三号的成功应用,打破了国外高分辨率雷达数据在国内的垄断,节省大量的购置费用,为我国实施海洋开发、陆地环境资源监测和防灾减灾等提供重要技术支撑。

  四弟拥有最高的“太空眼”

  到了高分四号,卫星“拍照”的分辨率并没有进一步“缩小”,它只能获取50米分辨率的可见光数据,但在高轨道这个位置上,它已是目前世界上“视力最佳”的遥感卫星。

  高分四号被誉为当今观测地球最高的“太空眼”。航天科技集团五院高分四号卫星总指挥兼总设计师李果给了一个直观的比方:相当于能在3.6万公里的太空“持续看清”大海里航行的一艘游轮。

  事实上,在高分“四弟”出生之前,即便放眼全世界,针对高轨道的高分辨率光学遥感卫星设计,也没有工程实施的先例。

  李果说,在3.6万公里的太空,既要让高分四号看得清,又要保证“画面不抖”,是科研团队追求的终极目标。在这个过程中他们创造了多个“第一”,比如第一次采用亿级像元数的可见光器件以及百万级像元的中波红外器件,第一次采用大面阵凝视成像体制,第一次采用中波红外与可见光共口径的光学设计等。

  至此,我国遥感卫星总体技术首次登上高轨道的山峰。当然,一旦高轨道、低轨道的遥感卫星“强强联合”,高分兄弟之间携手配合,则能够“既见树木又见森林”,提供更好的数据观测服务。

  30天内五弟六弟先后奔赴太空

  今年5月9日,高分家族中唯一一颗陆地环境高光谱观测卫星即高分五号,在太原卫星发射中心成功发射。

  与此前的高分兄弟不同,这是一颗高光谱观测卫星,可以“捕捉”到大气污染气体、气溶胶等物理要素。按照高分专项应用系统副总师、生态环境部卫星环境应用中心主任王桥的说法,高分五号有望填补国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白,可动态反映我国大气污染状况。

  如今,距离高分“五弟”发射还不到一个月的时间,高分“六弟”又奔向太空。尽管是高分家族的“老小”,高分六号却不小。

  一般而言,能辨别地面目标最小尺寸的空间分辨率和重复观察同一地面物体所需要时间的时间分辨率,是一对“冤家”,需要牺牲一方来保证另一方,但高分六号却实现了这两点的优化组合,同时具有高分辨率和宽覆盖的能力。

  白照广说,从某种意义上说,高分六号和高分一号最像“亲兄弟”,两者无论体量和型制都变化不大,不同的是,高分六号有5个“更高”:高性能、高精度、高效能、高可靠、高国产化。

  以高国产化为例,相比高分一号老大哥,高分“六弟”的整星单机国产化率达到94.5%,而前者只有87.3%。高分一号的寿命5年,而高分六号的设计寿命则达到8年,是我国目前在轨设计寿命最长的遥感卫星。

  值得一提的是,高分六号专门为农业应用需求设置了两个红边波段,这种特殊的“视网膜”,可以监测叶绿素含量等作物养分含量。

  白照广举例,想在太空中“盯着”小麦,先要把小麦从大豆、玉米等众多作物中“分辨”出来,“高分六号具备红边谱段的多光谱遥感技术,可以一眼辨出究竟谁是谁——这是之前其他卫星做不到的”。

  高分六号成了真正意义上的“中国农业一号卫星”。

  高分卫星数据自给率达80%

  童旭东说,在专项实施前,我国天地一体化高分辨率对地观测体系尚未建立,长期缺乏自主高分辨率对地观测数据,管理分散、系统脱节、数据政策缺失、应用技术攻关差距较大、数据应用产品大量欠缺。他给了两组数据作对比——

  那时,国内优于2米的自主高分辨率数据占比低于20%,且只在国土、测绘、环保、减灾等少部分行业开展试验应用,海量遥感数据的业务应用能力不足。而各区域高分辨率数据的应用“基本空白”。

  与之相应的是:高分专项启动实施8年来,高分卫星数据已替代进口,自给率达80%。

  童旭东透露,近几年,由于高分一号、二号、三号、四号数据的持续稳定供应和相关数据处理服务日臻完善,国外卫星数据市场日渐萎缩,数据价格也持续下降,分辨率低于2米的国外卫星数据已基本退出国内市场。

  截至目前,我国累计分发高分卫星数据约1500万景。其中,16米数据已全部替代进口,2米/8米数据自给率80%以上,1米/4米数据部分替代进口,自主雷达卫星数据供不应求——高分卫星数据已全面进入主要应用领域。

  按照童旭东的说法,高分专项是建立我国战略性空间基础设施的重大工程,对确保我国空间信息资源的自主权有重要意义。在一些国际合作中,高分家族的这些“天眼”神探,在很大程度上让中国航天的“腰杆更硬”。

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