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你好，高分家族！
我國(guó)“天眼”工程數(shù)據(jù)體系已基本形成
中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者 邱晨輝
6月2日，高分六號(hào)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，這是一顆低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是我國(guó)第一顆實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測(cè)的高分衛(wèi)星。至此，我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(以下稱“高分專項(xiàng)”)，繼高分一號(hào)到五號(hào)之后，迎來(lái)又一位步入太空的新成員。
高分專項(xiàng)被譽(yù)為“天眼”工程，是《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》確定的16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一，與之一起進(jìn)入專項(xiàng)名單的還有人們耳熟能詳?shù)妮d人航天、探月工程、大飛機(jī)等項(xiàng)目。
2010年該專項(xiàng)全面啟動(dòng)實(shí)施。如今8年過(guò)去，高分家族在千呼萬(wàn)喚之中，逐漸嶄露頭角，多顆高分兄弟在軌服役，仿若一個(gè)個(gè)高掛在地球上空的巨大相機(jī)，觀測(cè)地球母親。
高分專項(xiàng)工程總師、國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心主任童旭東說(shuō)，迄今為止，我國(guó)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?jǐn)?shù)據(jù)體系已基本形成。
高分老大哥迎來(lái)“配對(duì)者”
此次高分六號(hào)升空后，將和在軌的高分一號(hào)組成星座，開(kāi)啟“高分家族”組網(wǎng)新篇章。
航天科技集團(tuán)五院高分六號(hào)衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師白照廣說(shuō)，兩者將形成“2米/8米光學(xué)成像衛(wèi)星系統(tǒng)”，大大縮短重訪時(shí)間間隔，“時(shí)間分辨率從4天縮短到2天”。
作為高分家族里的老大哥，高分一號(hào)早在2013年4月就已成功升空，到如今和高分六號(hào)“配對(duì)”，已等了5年之久。
肩負(fù)著高分家族開(kāi)疆拓土的使命，高分一號(hào)的最大特點(diǎn)是“大幅寬成像”，能將視野范圍內(nèi)800公里的事物都納入進(jìn)來(lái)， 4天即可完整觀測(cè)地球。
根據(jù)白照廣的說(shuō)法，5年來(lái)， 高分一號(hào)已向我國(guó)的國(guó)土資源系統(tǒng)、地質(zhì)行業(yè)及科研院所等100多家單位和機(jī)構(gòu)提供了大量遙感圖像數(shù)據(jù)，成為遙感領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星之一，被譽(yù)為“看得廣、看得快、看得準(zhǔn)、看得清、應(yīng)急效果好”的衛(wèi)星。
一些突發(fā)事件、熱點(diǎn)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，也能看到高分一號(hào)的身影。來(lái)自航天科技集團(tuán)五院的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，不管是2013年雅安蘆山地震，還是2014年馬航失聯(lián)事件，2015年天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故、深圳山體滑坡事件，高分一號(hào)都曾向相關(guān)部門和行業(yè)貢獻(xiàn)了自己的“見(jiàn)識(shí)”。2014年，高分一號(hào)還“入列”空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章值班衛(wèi)星，成為我國(guó)第三顆入列值班衛(wèi)星。
高分“二哥”視力最牛
高分一號(hào)升空后，時(shí)隔一年半，高分二號(hào)在2014年8月升空，其成功發(fā)射意味著我國(guó)民用遙感衛(wèi)星進(jìn)入了亞米級(jí)分辨率時(shí)代。
航天科技集團(tuán)五院總體部研究員、高分二號(hào)衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師潘騰打過(guò)一個(gè)比方：如果說(shuō)空間分辨率兩米的高分一號(hào)，能看到地面的小轎車；那么，空間分辨率達(dá)到亞米級(jí)的高分二號(hào)，就能看到地面的自行車。
潘騰說(shuō)，高分“二哥”渾身是“寶”，它的身上，有兩臺(tái)分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機(jī)，這是現(xiàn)今我國(guó)焦距最長(zhǎng)、分辨率最高的民用航天遙感相機(jī)，也是國(guó)際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機(jī)。
也因此，高分二號(hào)成了我國(guó)迄今研制的空間分辨率最高的民用遙感衛(wèi)星，具備高空間分辨率優(yōu)于1米和幅寬大于45千米的成像能力，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類光學(xué)遙感衛(wèi)星的水平。
此外，高分二號(hào)還有一顆赤誠(chéng)的“中國(guó)心”，其國(guó)產(chǎn)化程度達(dá)到98%以上，關(guān)鍵單機(jī)和部件全部是我國(guó)自主研制——是高分家族中單機(jī)國(guó)產(chǎn)化程度最高的衛(wèi)星。潘騰說(shuō)，這極大改善了我國(guó)高分辨率遙感數(shù)據(jù)主要依靠進(jìn)口的狀態(tài)，為國(guó)內(nèi)用戶提供高精度對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)起到重要示范作用。
如今，高分二號(hào)在軌運(yùn)行已超過(guò)3年，每月分發(fā)20余萬(wàn)景超過(guò)1.1億平方公里影像。來(lái)自國(guó)防科工局的數(shù)據(jù)顯示，高分二號(hào)數(shù)據(jù)市場(chǎng)占有率達(dá)80%，徹底改變了我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)主要依賴進(jìn)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(yōu)點(diǎn)，這足以讓它們?cè)谌盒钱?dāng)中更加閃耀。
2016年8月25日，備受矚目的高分三號(hào)在經(jīng)歷了為期兩周的太空旅行之后，正式向世人發(fā)布由它親自拍攝的“高清大片”，這標(biāo)志著我國(guó)低軌道合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星研制技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破。從此，我國(guó)民用天基高分辨率合成孔徑雷達(dá)圖像打破“全進(jìn)口”現(xiàn)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(dòng)探測(cè)載荷，利用微波進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)自己發(fā)射信號(hào)并接收地面反射的回波信號(hào)，探測(cè)地面物體的細(xì)節(jié)和特征。換言之，不需要“照相機(jī)”就能“拍照”。
航天科技集團(tuán)五院高分三號(hào)衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師張慶君說(shuō)，與“光學(xué)”遙感衛(wèi)星相比，高分三號(hào)這種“微波”遙感衛(wèi)星的最大特點(diǎn)，就是具備全天時(shí)、全天候的成像能力——不需要借助光線，不論刮風(fēng)下雨，還是白天黑夜、風(fēng)沙霧霾，都能從容守望，做到真正的“不畏浮云遮望眼”。
也因此，高分三號(hào)被譽(yù)為全天候待命的“天眼”神探。張慶君說(shuō)，高分三號(hào)的發(fā)射和應(yīng)用，把我國(guó)高分系統(tǒng)建設(shè)由可見(jiàn)光、熱紅外、遠(yuǎn)紅外帶入到微波輻射區(qū)，迎來(lái)了衛(wèi)星微波遙感應(yīng)用的新時(shí)代。截至目前，高分三號(hào)已向國(guó)內(nèi)50余家科研單位，分發(fā)數(shù)據(jù)超過(guò)60萬(wàn)景。
張慶君說(shuō)，目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的某商用雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品平均價(jià)格在3萬(wàn)元/景，而高分三號(hào)的成功應(yīng)用，打破了國(guó)外高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)在國(guó)內(nèi)的壟斷，節(jié)省大量的購(gòu)置費(fèi)用，為我國(guó)實(shí)施海洋開(kāi)發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測(cè)和防災(zāi)減災(zāi)等提供重要技術(shù)支撐。
四弟擁有最高的“太空眼”
到了高分四號(hào)，衛(wèi)星“拍照”的分辨率并沒(méi)有進(jìn)一步“縮小”，它只能獲取50米分辨率的可見(jiàn)光數(shù)據(jù)，但在高軌道這個(gè)位置上，它已是目前世界上“視力最佳”的遙感衛(wèi)星。
高分四號(hào)被譽(yù)為當(dāng)今觀測(cè)地球最高的“太空眼”。航天科技集團(tuán)五院高分四號(hào)衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計(jì)師李果給了一個(gè)直觀的比方：相當(dāng)于能在3.6萬(wàn)公里的太空“持續(xù)看清”大海里航行的一艘游輪。
事實(shí)上，在高分“四弟”出生之前，即便放眼全世界，針對(duì)高軌道的高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星設(shè)計(jì)，也沒(méi)有工程實(shí)施的先例。
李果說(shuō)，在3.6萬(wàn)公里的太空，既要讓高分四號(hào)看得清，又要保證“畫面不抖”，是科研團(tuán)隊(duì)追求的終極目標(biāo)。在這個(gè)過(guò)程中他們創(chuàng)造了多個(gè)“第一”，比如第一次采用億級(jí)像元數(shù)的可見(jiàn)光器件以及百萬(wàn)級(jí)像元的中波紅外器件，第一次采用大面陣凝視成像體制，第一次采用中波紅外與可見(jiàn)光共口徑的光學(xué)設(shè)計(jì)等。
至此，我國(guó)遙感衛(wèi)星總體技術(shù)首次登上高軌道的山峰。當(dāng)然，一旦高軌道、低軌道的遙感衛(wèi)星“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，高分兄弟之間攜手配合，則能夠“既見(jiàn)樹(shù)木又見(jiàn)森林”，提供更好的數(shù)據(jù)觀測(cè)服務(wù)。
30天內(nèi)五弟六弟先后奔赴太空
今年5月9日，高分家族中唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測(cè)衛(wèi)星即高分五號(hào)，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。
與此前的高分兄弟不同，這是一顆高光譜觀測(cè)衛(wèi)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(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任王橋的說(shuō)法，高分五號(hào)有望填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星無(wú)法有效探測(cè)區(qū)域大氣污染氣體的空白，可動(dòng)態(tài)反映我國(guó)大氣污染狀況。
如今，距離高分“五弟”發(fā)射還不到一個(gè)月的時(shí)間，高分“六弟”又奔向太空。盡管是高分家族的“老小”，高分六號(hào)卻不小。
一般而言，能辨別地面目標(biāo)最小尺寸的空間分辨率和重復(fù)觀察同一地面物體所需要時(shí)間的時(shí)間分辨率，是一對(duì)“冤家”，需要犧牲一方來(lái)保證另一方，但高分六號(hào)卻實(shí)現(xiàn)了這兩點(diǎn)的優(yōu)化組合，同時(shí)具有高分辨率和寬覆蓋的能力。
白照廣說(shuō)，從某種意義上說(shuō)，高分六號(hào)和高分一號(hào)最像“親兄弟”，兩者無(wú)論體量和型制都變化不大，不同的是，高分六號(hào)有5個(gè)“更高”：高性能、高精度、高效能、高可靠、高國(guó)產(chǎn)化。
以高國(guó)產(chǎn)化為例，相比高分一號(hào)老大哥，高分“六弟”的整星單機(jī)國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到94.5%，而前者只有87.3%。高分一號(hào)的壽命5年，而高分六號(hào)的設(shè)計(jì)壽命則達(dá)到8年，是我國(guó)目前在軌設(shè)計(jì)壽命最長(zhǎng)的遙感衛(wèi)星。
值得一提的是，高分六號(hào)專門為農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求設(shè)置了兩個(gè)紅邊波段，這種特殊的“視網(wǎng)膜”，可以監(jiān)測(cè)葉綠素含量等作物養(yǎng)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(lái)，“高分六號(hào)具備紅邊譜段的多光譜遙感技術(shù)，可以一眼辨出究竟誰(shuí)是誰(shuí)——這是之前其他衛(wèi)星做不到的”。
高分六號(hào)成了真正意義上的“中國(guó)農(nóng)業(yè)一號(hào)衛(wèi)星”。
高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率達(dá)80%
童旭東說(shuō)，在專項(xiàng)實(shí)施前，我國(guó)天地一體化高分辨率對(duì)地觀測(cè)體系尚未建立，長(zhǎng)期缺乏自主高分辨率對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，管理分散、系統(tǒng)脫節(jié)、數(shù)據(jù)政策缺失、應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)差距較大、數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品大量欠缺。他給了兩組數(shù)據(jù)作對(duì)比——
那時(shí)，國(guó)內(nèi)優(yōu)于2米的自主高分辨率數(shù)據(jù)占比低于20%，且只在國(guó)土、測(cè)繪、環(huán)保、減災(zāi)等少部分行業(yè)開(kāi)展試驗(yàn)應(yīng)用，海量遙感數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用能力不足。而各區(qū)域高分辨率數(shù)據(jù)的應(yīng)用“基本空白”。
與之相應(yīng)的是：高分專項(xiàng)啟動(dòng)實(shí)施8年來(lái)，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已替代進(jìn)口，自給率達(dá)80%。
童旭東透露，近幾年，由于高分一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)數(shù)據(jù)的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和相關(guān)數(shù)據(jù)處理服務(wù)日臻完善，國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)市場(chǎng)日漸萎縮，數(shù)據(jù)價(jià)格也持續(xù)下降，分辨率低于2米的國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)已基本退出國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
截至目前，我國(guó)累計(jì)分發(fā)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)約1500萬(wàn)景。其中，16米數(shù)據(jù)已全部替代進(jìn)口，2米/8米數(shù)據(jù)自給率80%以上，1米/4米數(shù)據(jù)部分替代進(jìn)口，自主雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)供不應(yīng)求——高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已全面進(jìn)入主要應(yīng)用領(lǐng)域。
按照童旭東的說(shuō)法，高分專項(xiàng)是建立我國(guó)戰(zhàn)略性空間基礎(chǔ)設(shè)施的重大工程，對(duì)確保我國(guó)空間信息資源的自主權(quán)有重要意義。在一些國(guó)際合作中，高分家族的這些“天眼”神探，在很大程度上讓中國(guó)航天的“腰桿更硬”。
