我国海洋一号D卫星成功发射九天瞰海再添慧眼

2020年6月22日 09:17　 来源:中央纪委国家监委网站

    中央纪委国家监委网站 柴雅欣

    浩瀚星空，再添一星。6月11日2时31分，太原卫星发射中心，伴随着冲天轰鸣，海洋一号D卫星在长征二号丙运载火箭的托举下直上云霄。随后，卫星太阳翼顺利展开，在轨运行稳定、状态良好，发射取得圆满成功。

    海洋一号D卫星是我国第4颗海洋水色系列卫星，也是我国空间基础设施规划的第3颗海洋业务卫星。它与此前发射的海洋一号C卫星共同组成我国首个海洋民用业务卫星星座，双星上、下午组网观测，不仅填补了我国海洋水色卫星无下午观测数据的空白，还对研究全球气候变化、应对全球气候变暖、建设海洋强国等具有重要意义。

    双星组网“视力”更强

    作为我国海洋水色卫星家族的第4位成员，海洋一号D卫星扮演什么角色，发挥什么作用？

    海洋一号D卫星是一颗“亲民”星。与2018年9月7日发射入轨的海洋一号C卫星一样，它也是我国民用空间基础设施规划的海洋业务卫星。

    所谓民用，就是为各地、各行业的广大用户提供服务。《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》提出，我国将逐步建成由卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位三大系统构成的国家民用空间基础设施，满足行业和区域重大应用需求。其中，卫星遥感主要包括陆地观测卫星系列、海洋观测卫星系列和大气观测卫星系列，海洋一号系列就属于海洋观测卫星。

    海洋一号D卫星与海洋一号C卫星就像一对“双子星”，不仅长相相似，技术性能也基本相同。它们能够连续获取全球大洋水色水温资料，为我国近海海域与海岛海岸带资源环境调查、海洋防灾减灾、海洋资源可持续利用、海洋生态预警与环境保护提供数据服务，同时服务于自然资源调查、环境生态、应急减灾、农业、气象、水利、交通等行业。

    既然两星相似，为何不能单一卫星探测，多星组网运行的意义在哪里？

    “多星组网可以让卫星观测的空间幅宽增大，覆盖频次增多，从而提供快速、高精度的卫星遥感数据，完成业务化监测服务。”据自然资源部国家卫星海洋应用中心副主任刘建强介绍，海洋是四维动态变化的流动水体，海洋要素的时间空间尺度也是多种多样。尽管单一卫星探测潜力已得到验证，但也有局限性，覆盖范围、覆盖周期与频次、时间采样间隔以及探测载荷本身已基本达到极限。

    海洋水色探测条件要求高，受到太阳耀斑、海上泡沫以及云层阴影等影响，同一天云的形成与消散变幻莫测，不可避免地影响卫星有效观测。而双星上、下午组网观测后，幅宽更大、精度更高，观测频次与获取的观测数据提高了一倍。

    刘建强说，以冬季渤海海冰、夏季黄海和东海浒苔监测为例，如果仅靠单颗卫星海岸带成像仪监测，可以得到某一时刻的海冰、浒苔信息。但受轨道与幅宽限制，只能每3天获取1次信息，不巧碰到多云天气的话，只能再等3天。如此一来，就不能按要求实现每天有效覆盖，被关注区域的中间变化过程及突变也难以及时发现。“双星组网运行的海洋卫星，可以提高获取有效数据的概率和时效性，预报准确性也更高。”

    了解海洋资源各要素的分布及变化过程、探究变化规律，离不开全面、长期、连续有效的监测。多星组网观测为合理做出空间规划、科学开发管控自然资源、及时监测和处置自然灾害提供了技术支持，正成为海洋业务卫星的“新常态”。

    据悉，国家卫星海洋应用中心下一步将会同研制单位和生态环境、应急管理、农业农村、气象、水利等行业用户，共同开展海洋一号D卫星在轨测试，保障卫星按时投入业务运行。

    五大载荷各有专攻

    海洋卫星通过搭载各类遥感器（载荷）来探测海洋环境信息。搭载的遥感器类型不同，海洋卫星的功能也不同。

    此次发射成功的海洋一号D卫星采用我国自主研发的CAST2000卫星平台，配置了五个有效载荷：海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、星上定标光谱仪和船舶自动识别系统。

    海洋水色是指海水的颜色，深蓝、碧绿，微黄、棕红……水色千变万化，可以据此反演水体中引起海洋水色变化的各种成分含量，研究海洋现象或过程。海洋水色水温扫描仪用于探测全球海洋水色要素和海面温度场，空间分辨率高达1.1千米，幅宽大于2900千米，探测覆盖周期为一天，另一载荷紫外成像仪则用于提高海洋水色水温扫描仪近岸高浑浊水体大气校正的精度水平。此前，海洋一号C卫星同样搭载了海洋水色水温扫描仪和紫外成像仪，为研究海洋初级生产力分布、海洋渔业和养殖业资源状况和环境质量、海洋生物资源开发与利用提供了科学依据。

    星上定标光谱仪用于监测海洋水色水温扫描仪和紫外成像仪在轨辐射精度和稳定性。“它是国内首台对同平台上其他载荷进行在轨定标的遥感器，填补了我国同平台高精度交叉定标技术的空白。”中国航天科技集团公司五院508所星上定标光谱仪技术负责人马越告诉记者，这是一把星上“尺子”，科研人员将它下传的数据作为“基准”，监测星上其他载荷在轨期间性能变化情况，有效保证星上相关光学载荷的数据精度。

    和陆地相比，海洋这一观测目标的信号弱，还极易受大气干扰、背景噪声高，因此要求星上定标光谱仪需要具备较高的信噪比。与此同时，作为一把“尺子”，它既要“看清”海洋，又得“看清”陆地。经过夜以继日的攻关，研制团队最终采用低杂散光、低偏振灵敏度、高探测灵敏度、大动态范围的系统设计，满足其对海洋、陆地不同目标的观测需求，定标精度大大提高。

    海岸带成像仪用于获取近岸水体环境、海岸带、江河湖泊生态环境信息，空间分辨率50米，幅宽大于950千米，探测覆盖周期为三天。这相当于一台空中高清相机，通过两台相机视场拼接的形式，实现了63度超大视场角成像。

    海岸带处于陆地系统和海洋系统的结合地，是一个敏感的过渡地带，也是海洋与大陆两大不同属性的地貌单元相互连接的地带。因此，海岸带成像仪的成像要兼顾海洋水色、陆地生态和极地冰川。

    由于海水的反射率非常低，而冰川的反射率又非常高，因此，和星上定标光谱仪一样，海岸带成像仪也需要很高的信噪比和很大的动态范围。中国航天科技集团公司五院508所海岸带成像仪技术负责人贾福娟介绍称，研制团队为此建立了全链路的杂光仿真分析模型，采用光陷阱、超黑件等杂光抑制手段，并通过多次、全面测试验证了该措施的有效性。

    此外，船舶自动识别系统主要用于获取大洋船舶位置和属性信息，为海上权益维护、海洋防灾减灾和大洋渔业生产活动等提供数据服务。

    水色卫星家族各显神通

    人类探索海洋的脚步从未停止，卫星观测技术大大加快了探索的步伐。早在20世纪80年代，我国就开始组织论证海洋卫星立项工作，着手开展海洋资源监测与调查研究。随着对海洋资源保护与开发的需求日益迫切，海洋卫星的重要性与日俱增，种类也不断丰富。

    此次发射的海洋一号D卫星，是以“海洋一号”系列卫星命名的中国海洋水色观测卫星家族第4名成员。

    今年是我国海洋卫星的“成人礼”之年。2002年5月15日，同样在太原卫星发射中心，海洋一号A卫星搭乘长征四号乙运载火箭发射升空。这是我国自主研发的第一代海洋水色卫星，星上载有海洋水色水温扫描仪和海岸带成像仪，主要用于海洋水色、水温环境要素探测。自此，我国实现了海洋卫星“零”的突破，开启了“海洋一号”系列卫星发展的新纪元。

    5年后，2007年4月11日，我国第2颗海洋水色卫星——海洋一号B卫星开启征程。虽然星上载荷与“前辈”相同，但其观测能力和探测精度提高了不少，也实现了“海洋一号”系列卫星由试验应用型向业务服务型的转变。值得一提的是，海洋一号B卫星设计寿命由海洋一号A卫星的2年提高到3年，实际上在轨服役时间达9年10个月，是我国小卫星领域有名的“寿星”。

    2012年3月，国务院批复了《陆海观测卫星业务发展规划（2011-2020年）》，明确要建成满足国土资源领域各主体业务应用系统规模化运行、支持其他行业相关应用需求的卫星业务体系。按照这一规划，2018年9月7日，海洋一号C卫星横空出世。

    海洋一号C卫星不仅可用于全球大洋水色水温环境业务化监测，也为各地自然资源调查、环境生态监测、防灾减灾应急处置以及气象、农业、水利等行业提供数据服务，拉开了我国民用空间基础设施中长期发展规划海洋业务卫星的序幕。

    自发射以来，海洋一号C卫星“屡立战功”，在远洋渔业巴布亚新几内亚金枪鱼渔场海域水色、水温监测，黄海和东海浒苔覆盖面积、分布范围及漂移方向实时监测，海冰、赤潮、溢油、森林火灾、围填海监测，可可西里盐湖的封冻结冰监测等方面都做出了突出贡献。2019年8月，海洋一号C卫星为我国第十次北极科学考察任务提供了海冰密集度、海冰分布范围和海冰覆盖面积等观测数据。可以说，北极科考顺利完成，海洋一号C卫星出色的极地航线保障服务和高效的环境信息功不可没。

    随着海洋一号A、B卫星的退役，海洋一号C卫星曾独自承担我国海洋水色观测的使命。如今，海洋一号D卫星与海洋一号C卫星并肩作战，是我国跻身国际海洋水色遥感领域前列的一大里程碑。刘建强表示，要让“海洋一号”系列卫星再多几个“兄弟”，让海洋水色卫星家族更加壮大，“将加快研制与发射新一代水色卫星，大力推动高轨海岸带卫星立项”。

    据了解，“海洋一号”系列卫星是我国自主规划发展三个海洋卫星系列之一，此外还有“海洋二号”系列卫星和“海洋三号”系列卫星。“海洋二号”系列卫星是海洋动力环境卫星，主要任务是监测和调查海洋环境，获取海面风场、浪高、海流、海面温度等多种海洋动力环境参数。“海洋三号”系列卫星则是海洋监视监测卫星，主要任务是全天时、全天候监视海岛、海岸带、海上目标，并获取海洋浪场、风暴潮漫滩、内波、海冰和溢油等信息。

    目前，我国“海洋一号”系列卫星组网已经拉开序幕，“海洋二号”系列卫星组网正在大力推进，“海洋三号”系列卫星组网即将到来。随着三大系列卫星组网在轨运行，我国将由此进入可见光、红外、微波多手段业务化综合监测海洋的新时代，为海洋监测管理提供可靠支撑，同时也为自然资源调查、应急救灾、生态环境等领域提供精准服务。

    浩瀚星空，再添一星。6月11日2时31分，太原卫星发射中心，伴随着冲天轰鸣，海洋一号D卫星在长征二号丙运载火箭的托举下直上云霄。随后，卫星太阳翼顺利展开，在轨运行稳定、状态良好，发射取得圆满成功。海洋一号D卫星是我国第4颗海洋水色系列卫星，也是我国空间基础设施规划的第3颗海洋业务卫星。它与此前发射的海洋一号C卫星共同组成我国首个海洋民用业务卫星星座，双星上、下午组网观测，不仅填补了我国海洋水色卫星无下午观测数据的空白，还对研究全球气候变化、应对全球气候变暖、建设海洋强国等具有重要意义。

    作为我国海洋水色卫星家族的第4位成员，海洋一号D卫星扮演什么角色，发挥什么作用？海洋一号D卫星是一颗“亲民”星。与2018年9月7日发射入轨的海洋一号C卫星一样，它也是我国民用空间基础设施规划的海洋业务卫星。所谓民用，就是为各地、各行业的广大用户提供服务。《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》提出，我国将逐步建成由卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位三大系统构成的国家民用空间基础设施，满足行业和区域重大应用需求。其中，卫星遥感主要包括陆地观测卫星系列、海洋观测卫星系列和大气观测卫星系列，海洋一号系列就属于海洋观测卫星。海洋一号D卫星与海洋一号C卫星就像一对“双子星”，不仅长相相似，技术性能也基本相同。它们能够连续获取全球大洋水色水温资料，为我国近海海域与海岛海岸带资源环境调查、海洋防灾减灾、海洋资源可持续利用、海洋生态预警与环境保护提供数据服务，同时服务于自然资源调查、环境生态、应急减灾、农业、气象、水利、交通等行业。既然两星相似，为何不能单一卫星探测，多星组网运行的意义在哪里？“多星组网可以让卫星观测的空间幅宽增大，覆盖频次增多，从而提供快速、高精度的卫星遥感数据，完成业务化监测服务。”据自然资源部国家卫星海洋应用中心副主任刘建强介绍，海洋是四维动态变化的流动水体，海洋要素的时间空间尺度也是多种多样。尽管单一卫星探测潜力已得到验证，但也有局限性，覆盖范围、覆盖周期与频次、时间采样间隔以及探测载荷本身已基本达到极限。海洋水色探测条件要求高，受到太阳耀斑、海上泡沫以及云层阴影等影响，同一天云的形成与消散变幻莫测，不可避免地影响卫星有效观测。而双星上、下午组网观测后，幅宽更大、精度更高，观测频次与获取的观测数据提高了一倍。刘建强说，以冬季渤海海冰、夏季黄海和东海浒苔监测为例，如果仅靠单颗卫星海岸带成像仪监测，可以得到某一时刻的海冰、浒苔信息。但受轨道与幅宽限制，只能每3天获取1次信息，不巧碰到多云天气的话，只能再等3天。如此一来，就不能按要求实现每天有效覆盖，被关注区域的中间变化过程及突变也难以及时发现。“双星组网运行的海洋卫星，可以提高获取有效数据的概率和时效性，预报准确性也更高。”了解海洋资源各要素的分布及变化过程、探究变化规律，离不开全面、长期、连续有效的监测。多星组网观测为合理做出空间规划、科学开发管控自然资源、及时监测和处置自然灾害提供了技术支持，正成为海洋业务卫星的“新常态”。据悉，国家卫星海洋应用中心下一步将会同研制单位和生态环境、应急管理、农业农村、气象、水利等行业用户，共同开展海洋一号D卫星在轨测试，保障卫星按时投入业务运行。

    海洋卫星通过搭载各类遥感器（载荷）来探测海洋环境信息。搭载的遥感器类型不同，海洋卫星的功能也不同。此次发射成功的海洋一号D卫星采用我国自主研发的CAST2000卫星平台，配置了五个有效载荷：海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、星上定标光谱仪和船舶自动识别系统。海洋水色是指海水的颜色，深蓝、碧绿，微黄、棕红……水色千变万化，可以据此反演水体中引起海洋水色变化的各种成分含量，研究海洋现象或过程。海洋水色水温扫描仪用于探测全球海洋水色要素和海面温度场，空间分辨率高达1.1千米，幅宽大于2900千米，探测覆盖周期为一天，另一载荷紫外成像仪则用于提高海洋水色水温扫描仪近岸高浑浊水体大气校正的精度水平。此前，海洋一号C卫星同样搭载了海洋水色水温扫描仪和紫外成像仪，为研究海洋初级生产力分布、海洋渔业和养殖业资源状况和环境质量、海洋生物资源开发与利用提供了科学依据。星上定标光谱仪用于监测海洋水色水温扫描仪和紫外成像仪在轨辐射精度和稳定性。“它是国内首台对同平台上其他载荷进行在轨定标的遥感器，填补了我国同平台高精度交叉定标技术的空白。”中国航天科技集团公司五院508所星上定标光谱仪技术负责人马越告诉记者，这是一把星上“尺子”，科研人员将它下传的数据作为“基准”，监测星上其他载荷在轨期间性能变化情况，有效保证星上相关光学载荷的数据精度。和陆地相比，海洋这一观测目标的信号弱，还极易受大气干扰、背景噪声高，因此要求星上定标光谱仪需要具备较高的信噪比。与此同时，作为一把“尺子”，它既要“看清”海洋，又得“看清”陆地。经过夜以继日的攻关，研制团队最终采用低杂散光、低偏振灵敏度、高探测灵敏度、大动态范围的系统设计，满足其对海洋、陆地不同目标的观测需求，定标精度大大提高。海岸带成像仪用于获取近岸水体环境、海岸带、江河湖泊生态环境信息，空间分辨率50米，幅宽大于950千米，探测覆盖周期为三天。这相当于一台空中高清相机，通过两台相机视场拼接的形式，实现了63度超大视场角成像。海岸带处于陆地系统和海洋系统的结合地，是一个敏感的过渡地带，也是海洋与大陆两大不同属性的地貌单元相互连接的地带。因此，海岸带成像仪的成像要兼顾海洋水色、陆地生态和极地冰川。由于海水的反射率非常低，而冰川的反射率又非常高，因此，和星上定标光谱仪一样，海岸带成像仪也需要很高的信噪比和很大的动态范围。中国航天科技集团公司五院508所海岸带成像仪技术负责人贾福娟介绍称，研制团队为此建立了全链路的杂光仿真分析模型，采用光陷阱、超黑件等杂光抑制手段，并通过多次、全面测试验证了该措施的有效性。此外，船舶自动识别系统主要用于获取大洋船舶位置和属性信息，为海上权益维护、海洋防灾减灾和大洋渔业生产活动等提供数据服务。

    人类探索海洋的脚步从未停止，卫星观测技术大大加快了探索的步伐。早在20世纪80年代，我国就开始组织论证海洋卫星立项工作，着手开展海洋资源监测与调查研究。随着对海洋资源保护与开发的需求日益迫切，海洋卫星的重要性与日俱增，种类也不断丰富。此次发射的海洋一号D卫星，是以“海洋一号”系列卫星命名的中国海洋水色观测卫星家族第4名成员。今年是我国海洋卫星的“成人礼”之年。2002年5月15日，同样在太原卫星发射中心，海洋一号A卫星搭乘长征四号乙运载火箭发射升空。这是我国自主研发的第一代海洋水色卫星，星上载有海洋水色水温扫描仪和海岸带成像仪，主要用于海洋水色、水温环境要素探测。自此，我国实现了海洋卫星“零”的突破，开启了“海洋一号”系列卫星发展的新纪元。5年后，2007年4月11日，我国第2颗海洋水色卫星——海洋一号B卫星开启征程。虽然星上载荷与“前辈”相同，但其观测能力和探测精度提高了不少，也实现了“海洋一号”系列卫星由试验应用型向业务服务型的转变。值得一提的是，海洋一号B卫星设计寿命由海洋一号A卫星的2年提高到3年，实际上在轨服役时间达9年10个月，是我国小卫星领域有名的“寿星”。2012年3月，国务院批复了《陆海观测卫星业务发展规划（2011-2020年）》，明确要建成满足国土资源领域各主体业务应用系统规模化运行、支持其他行业相关应用需求的卫星业务体系。按照这一规划，2018年9月7日，海洋一号C卫星横空出世。海洋一号C卫星不仅可用于全球大洋水色水温环境业务化监测，也为各地自然资源调查、环境生态监测、防灾减灾应急处置以及气象、农业、水利等行业提供数据服务，拉开了我国民用空间基础设施中长期发展规划海洋业务卫星的序幕。自发射以来，海洋一号C卫星“屡立战功”，在远洋渔业巴布亚新几内亚金枪鱼渔场海域水色、水温监测，黄海和东海浒苔覆盖面积、分布范围及漂移方向实时监测，海冰、赤潮、溢油、森林火灾、围填海监测，可可西里盐湖的封冻结冰监测等方面都做出了突出贡献。2019年8月，海洋一号C卫星为我国第十次北极科学考察任务提供了海冰密集度、海冰分布范围和海冰覆盖面积等观测数据。可以说，北极科考顺利完成，海洋一号C卫星出色的极地航线保障服务和高效的环境信息功不可没。随着海洋一号A、B卫星的退役，海洋一号C卫星曾独自承担我国海洋水色观测的使命。如今，海洋一号D卫星与海洋一号C卫星并肩作战，是我国跻身国际海洋水色遥感领域前列的一大里程碑。刘建强表示，要让“海洋一号”系列卫星再多几个“兄弟”，让海洋水色卫星家族更加壮大，“将加快研制与发射新一代水色卫星，大力推动高轨海岸带卫星立项”。据了解，“海洋一号”系列卫星是我国自主规划发展三个海洋卫星系列之一，此外还有“海洋二号”系列卫星和“海洋三号”系列卫星。“海洋二号”系列卫星是海洋动力环境卫星，主要任务是监测和调查海洋环境，获取海面风场、浪高、海流、海面温度等多种海洋动力环境参数。“海洋三号”系列卫星则是海洋监视监测卫星，主要任务是全天时、全天候监视海岛、海岸带、海上目标，并获取海洋浪场、风暴潮漫滩、内波、海冰和溢油等信息。目前，我国“海洋一号”系列卫星组网已经拉开序幕，“海洋二号”系列卫星组网正在大力推进，“海洋三号”系列卫星组网即将到来。随着三大系列卫星组网在轨运行，我国将由此进入可见光、红外、微波多手段业务化综合监测海洋的新时代，为海洋监测管理提供可靠支撑，同时也为自然资源调查、应急救灾、生态环境等领域提供精准服务。