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5197.com新浦京:体系基本形成,60万米高空能看清

时间:2019-11-10 05:59来源:中国军情
  我国“高分二号”卫星8月19日顺利进入预定轨道,标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。这颗卫星系目前我国分辨率最高的光学对地观测卫星,空间分辨率首次精确到1米。

 

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  我国“高分二号”卫星8月19日顺利进入预定轨道,标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。这颗卫星系目前我国分辨率最高的光学对地观测卫星,空间分辨率首次精确到1米。究竟如何把这颗“天眼”擦得更亮,记者采访了有关专家。

  图为高分六号模拟图。航天科技集团五院供图

  我国分辨率最高的光学遥感卫星

  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。

  “1米分辨率意味着卫星从600多公里的太空向地面观察,能看见1米大小物体的轮廓,绝对能分辨出地面汽车的大小。如果是5米的分辨率就无法看清了,10米的分辨率只能看飞机大小的地面物体。”航天科技集团五院研究员、“高分二号”任务工程总师马世俊说。

  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。

5197.com新浦京,  据了解,这是目前我国分辨率最高的光学遥感卫星。

  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。

  航天科技集团五院研究员、高分二号卫星系统总师潘腾说,这颗卫星的分辨率高,达到1米,包括全色成像和多光谱成像,最后用户拿到的是彩色成像图片。卫星扫描的幅宽达到了45公里,在全球同类卫星中幅宽是最大的。

  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。

  卫星的分辨率是越高越好吗?潘腾认为,并不是所有卫星都要追求高分辨率,主要看用户的用途需求。比如,农业部门需要观察庄稼长势对农作物估产,国土部门要查看矿产资源,只要达到一定的分辨率,能够实现任务目标就可以了。

  高分老大哥迎来“配对者”

  卫星上的照相机如同人的眼睛,对高分辨率看清地面物体至关重要。潘腾介绍,“高分二号”卫星上的照相机是新研制的相机,体积小、重量轻,焦距长达7米。同等距离要看得更清楚,相机的装调精度要高,与之配套的技术手段更要精确。

  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。

  相机分系统主任设计师姜海滨说,“高分二号”卫星相机焦距是国内卫星相机中焦距最长的。这颗卫星上装有两台相机,与全世界同等级分辨率的卫星相比,是成像幅宽最大的,在相机关键元器件、零部件等方面从设计到实验、测试、仿真方法都有突破。

  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”。

  “去年年底发射的‘高分一号’卫星成像幅宽大,但分辨率没有‘高分二号’高,二号比一号的分辨率高但是幅宽小些。一号可以用于宽范围的普查,二号用于精确定点的详查,两颗卫星各有特点,可以搭配使用。”潘腾说。

  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。

  好相机把“千里眼”擦得更亮

  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。

  “从天到地”确保“好图”

  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。

  “我国第一代遥感卫星是返回式卫星,当时的遥感卫星用的是胶片,在太空拍照后卫星返回地球,科研人员再收取胶片,洗印成图进行分析。”马世俊说,“高分二号”卫星是传输型遥感卫星,在空中照完相,直接传输到地面接收站,经过数据处理之后就能成图,这种方式比过去的胶片更能及时接受信息。

  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。

  卫星的成像数据要下传到地面,潘腾介绍,这颗卫星是1米分辨率和大幅宽,所以要下传的数据量很大。“我们采用了高速对地传输手段。成像质量取决于从天到地的一系列因素,链条很长。为了保证图像质量,我们在卫星定位精度、轨道控制精度、系统稳定程度、图像处理方法等方面都下了很大功夫。”

  高分“二哥”视力最牛

  好卫星还要在天上“待得住”。据了解,“高分二号”卫星的寿命将比我国其他卫星有大幅度提高。马世俊说:“这颗卫星寿命5年我们是有把握的,努力目标是8年。随着一些零部件可靠性的逐步提高,卫星会在天上转得更久。”

  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。

  影响

  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。

  “高分二号”如何改变生产生活

  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。

  “高分二号”这颗我国目前地面像元分辨率最高的光学对地观测卫星,将在国土资源调查与监测、城市精细化管理、综合交通服务、林业调查与监测等领域“一展身手”,并将用分辨率精确到1米、最大限度满足用户需求的“黄金尺度”,给人们的生产生活带来便利。

  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。

  去年4月发射的我国高分专项首星—“高分一号”卫星在云南鲁甸地震抗震救灾中功劳不小。“与一号相比,二号的机动能力更强。”航天科技集团五院研究员、“高分二号”任务工程总师马世俊说:“高分卫星飞过灾区上方时可以摆动,‘高分一号’的摆动幅度是正负20度,‘高分二号’提高到正负35度,可以按需获取更全面的灾情图。”

  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。

  据马世俊介绍,国土资源部是“高分二号”卫星的主要用户单位之一。“高分二号”可以监测退耕还林;监测耕地上有没有建房子;查出乡镇里有没有建“小产权房”等。

  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。

  除了国土资源部,住房和城乡建设部、交通运输部、国家林业局也都是“高分二号”的主要用户。利用“高分二号”卫星数据,将建立起高分综合交通遥感应用示范系统,在新疆、长江流域、北京等示范区开展交通路网规划、交通路网监控与交通出行服务。

  全天候待命的“三哥”

  背景

  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。

  “天眼”名副其实中国制造

  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”。

  我国“高分二号”卫星国产化率达到了98%。这颗由10多个分系统、200多台设备构成的卫星,大到整星小到陀螺等部件,几乎都是货真价实、名副其实的中国制造。

  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”。

  高分系列卫星将陆续在国土调查、环境保护、应急救灾、资源开发、农业估产和城镇规划等领域投用,打破我国高分辨率对地观测的数据长期依赖进口的局面。

  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”。(记者 邱晨辉)

  原标题:你好,高分家族! 我国“天眼”工程数据体系已基本形成

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