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高分六號升空 中國“天眼”工程數據體係基本形成
2018-06-11 09:26:30 來源: 中國青年報
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  原標題:你好,高分家族!

  我國“天眼”工程數據體係已基本形成

圖為高分六號模擬圖。航天科技集團五院供圖

  6月2日,高分六號在酒泉衛星發射中心成功發射,這是一顆低軌光學遙感衛星,也是我國第一顆實現精準農業觀測的高分衛星。至此,我國高分辨率對地觀測係統重大專項(以下稱“高分專項”),繼高分一號到五號之後,迎來又一位步入太空的新成員。

  高分專項被譽為“天眼”工程,是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》確定的16個重大科技專項之一,與之一起進入專項名單的還有人們耳熟能詳的載人航天、探月工程、大飛機等項目。

  2010年該專項全面啟動實施。如今8年過去,高分家族在千呼萬喚之中,逐漸嶄露頭角,多顆高分兄弟在軌服役,倣若一個個高挂在地球上空的巨大相機,觀測地球母親。

  高分專項工程總師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東説,迄今為止,我國涵蓋不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期的高分數據體係已基本形成。

  高分老大哥迎來“配對者”

  此次高分六號升空後,將和在軌的高分一號組成星座,開啟“高分家族”組網新篇章。

  航天科技集團五院高分六號衛星總指揮兼總設計師白照廣説,兩者將形成“2米/8米光學成像衛星係統”,大大縮短重訪時間間隔,“時間分辨率從4天縮短到2天”。

  作為高分家族裏的老大哥,高分一號早在2013年4月就已成功升空,到如今和高分六號“配對”,已等了5年之久。

  肩負著高分家族開疆拓土的使命,高分一號的最大特點是“大幅寬成像”,能將視野范圍內800公裏的事物都納入進來, 4天即可完整觀測地球。

  根據白照廣的説法,5年來, 高分一號已向我國的國土資源係統、地質行業及科研院所等100多家單位和機構提供了大量遙感圖像數據,成為遙感領域應用最廣泛的衛星之一,被譽為“看得廣、看得快、看得準、看得清、應急效果好”的衛星。

  一些突發事件、熱點問題發生時,也能看到高分一號的身影。來自航天科技集團五院的數據統計,不管是2013年雅安蘆山地震,還是2014年馬航失聯事件,2015年天津濱海新區爆炸事故、深圳山體滑坡事件,高分一號都曾向相關部門和行業貢獻了自己的“見識”。2014年,高分一號還“入列”空間與重大災害國際憲章值班衛星,成為我國第三顆入列值班衛星。

  高分“二哥”視力最牛

  高分一號升空後,時隔一年半,高分二號在2014年8月升空,其成功發射意味著我國民用遙感衛星進入了亞米級分辨率時代。

  航天科技集團五院總體部研究員、高分二號衛星總指揮兼總設計師潘騰打過一個比方:如果説空間分辨率兩米的高分一號,能看到地面的小轎車;那麼,空間分辨率達到亞米級的高分二號,就能看到地面的自行車。

  潘騰説,高分“二哥”渾身是“寶”,它的身上,有兩臺分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機,這是現今我國焦距最長、分辨率最高的民用航天遙感相機,也是國際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機。

  也因此,高分二號成了我國迄今研制的空間分辨率最高的民用遙感衛星,具備高空間分辨率優于1米和幅寬大于45千米的成像能力,技術指標達到或超過國外同類光學遙感衛星的水平。

  此外,高分二號還有一顆赤誠的“中國心”,其國産化程度達到98%以上,關鍵單機和部件全部是我國自主研制——是高分家族中單機國産化程度最高的衛星。潘騰説,這極大改善了我國高分辨率遙感數據主要依靠進口的狀態,為國內用戶提供高精度對地觀測數據起到重要示范作用。

  如今,高分二號在軌運行已超過3年,每月分發20余萬景超過1.1億平方公裏影像。來自國防科工局的數據顯示,高分二號數據市場佔有率達80%,徹底改變了我國高分辨率對地觀測數據主要依賴進口的局面。

  全天候待命的“三哥”

  高分兄弟都遺傳了家族“好視力”的優點,這足以讓它們在群星當中更加閃耀。

  2016年8月25日,備受矚目的高分三號在經歷了為期兩周的太空旅行之後,正式向世人發布由它親自拍攝的“高清大片”,這標志著我國低軌道合成孔徑雷達衛星研制技術實現重大突破。從此,我國民用天基高分辨率合成孔徑雷達圖像打破“全進口”現狀,做到“核心在手”。

  十分特別的是,高分“三哥”身上武裝的是主動探測載荷,利用微波進行探測,通過自己發射信號並接收地面反射的回波信號,探測地面物體的細節和特徵。換言之,不需要“照相機”就能“拍照”。

  航天科技集團五院高分三號衛星總指揮兼總設計師張慶君説,與“光學”遙感衛星相比,高分三號這種“微波”遙感衛星的最大特點,就是具備全天時、全天候的成像能力——不需要借助光線,不論刮風下雨,還是白天黑夜、風沙霧霾,都能從容守望,做到真正的“不畏浮雲遮望眼”。

  也因此,高分三號被譽為全天候待命的“天眼”神探。張慶君説,高分三號的發射和應用,把我國高分係統建設由可見光、熱紅外、遠紅外帶入到微波輻射區,迎來了衛星微波遙感應用的新時代。截至目前,高分三號已向國內50余家科研單位,分發數據超過60萬景。

  張慶君説,目前國際上應用最廣泛的某商用雷達衛星數據産品平均價格在3萬元/景,而高分三號的成功應用,打破了國外高分辨率雷達數據在國內的壟斷,節省大量的購置費用,為我國實施海洋開發、陸地環境資源監測和防災減災等提供重要技術支撐。

  四弟擁有最高的“太空眼”

  到了高分四號,衛星“拍照”的分辨率並沒有進一步“縮小”,它只能獲取50米分辨率的可見光數據,但在高軌道這個位置上,它已是目前世界上“視力最佳”的遙感衛星。

  高分四號被譽為當今觀測地球最高的“太空眼”。航天科技集團五院高分四號衛星總指揮兼總設計師李果給了一個直觀的比方:相當于能在3.6萬公裏的太空“持續看清”大海裏航行的一艘遊輪。

  事實上,在高分“四弟”出生之前,即便放眼全世界,針對高軌道的高分辨率光學遙感衛星設計,也沒有工程實施的先例。

  李果説,在3.6萬公裏的太空,既要讓高分四號看得清,又要保證“畫面不抖”,是科研團隊追求的終極目標。在這個過程中他們創造了多個“第一”,比如第一次採用億級像元數的可見光器件以及百萬級像元的中波紅外器件,第一次採用大面陣凝視成像體制,第一次採用中波紅外與可見光共口徑的光學設計等。

  至此,我國遙感衛星總體技術首次登上高軌道的山峰。當然,一旦高軌道、低軌道的遙感衛星“強強聯合”,高分兄弟之間攜手配合,則能夠“既見樹木又見森林”,提供更好的數據觀測服務。

  30天內五弟六弟先後奔赴太空

  今年5月9日,高分家族中唯一一顆陸地環境高光譜觀測衛星即高分五號,在太原衛星發射中心成功發射。

  與此前的高分兄弟不同,這是一顆高光譜觀測衛星,可以“捕捉”到大氣污染氣體、氣溶膠等物理要素。按照高分專項應用係統副總師、生態環境部衛星環境應用中心主任王橋的説法,高分五號有望填補國産衛星無法有效探測區域大氣污染氣體的空白,可動態反映我國大氣污染狀況。

  如今,距離高分“五弟”發射還不到一個月的時間,高分“六弟”又奔向太空。盡管是高分家族的“老小”,高分六號卻不小。

  一般而言,能辨別地面目標最小尺寸的空間分辨率和重復觀察同一地面物體所需要時間的時間分辨率,是一對“冤家”,需要犧牲一方來保證另一方,但高分六號卻實現了這兩點的優化組合,同時具有高分辨率和寬覆蓋的能力。

  白照廣説,從某種意義上説,高分六號和高分一號最像“親兄弟”,兩者無論體量和型制都變化不大,不同的是,高分六號有5個“更高”:高性能、高精度、高效能、高可靠、高國産化。

  以高國産化為例,相比高分一號老大哥,高分“六弟”的整星單機國産化率達到94.5%,而前者只有87.3%。高分一號的壽命5年,而高分六號的設計壽命則達到8年,是我國目前在軌設計壽命最長的遙感衛星。

  值得一提的是,高分六號專門為農業應用需求設置了兩個紅邊波段,這種特殊的“視網膜”,可以監測葉綠素含量等作物養分含量。

  白照廣舉例,想在太空中“盯著”小麥,先要把小麥從大豆、玉米等眾多作物中“分辨”出來,“高分六號具備紅邊譜段的多光譜遙感技術,可以一眼辨出究竟誰是誰——這是之前其他衛星做不到的”。

  高分六號成了真正意義上的“中國農業一號衛星”。

  高分衛星數據自給率達80%

  童旭東説,在專項實施前,我國天地一體化高分辨率對地觀測體係尚未建立,長期缺乏自主高分辨率對地觀測數據,管理分散、係統脫節、數據政策缺失、應用技術攻關差距較大、數據應用産品大量欠缺。他給了兩組數據作對比——

  那時,國內優于2米的自主高分辨率數據佔比低于20%,且只在國土、測繪、環保、減災等少部分行業開展試驗應用,海量遙感數據的業務應用能力不足。而各區域高分辨率數據的應用“基本空白”。

  與之相應的是:高分專項啟動實施8年來,高分衛星數據已替代進口,自給率達80%。

  童旭東透露,近幾年,由于高分一號、二號、三號、四號數據的持續穩定供應和相關數據處理服務日臻完善,國外衛星數據市場日漸萎縮,數據價格也持續下降,分辨率低于2米的國外衛星數據已基本退出國內市場。

  截至目前,我國累計分發高分衛星數據約1500萬景。其中,16米數據已全部替代進口,2米/8米數據自給率80%以上,1米/4米數據部分替代進口,自主雷達衛星數據供不應求——高分衛星數據已全面進入主要應用領域。

  按照童旭東的説法,高分專項是建立我國戰略性空間基礎設施的重大工程,對確保我國空間信息資源的自主權有重要意義。在一些國際合作中,高分家族的這些“天眼”神探,在很大程度上讓中國航天的“腰桿更硬”。(記者 邱晨輝)

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【糾錯】 責任編輯: 聶晨靜
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