银河国际点击登录:九天瞰海报佳音,我国为什么要大力发展海洋卫星

海洋卫星:九天瞰海报佳音
专访中国工程院院士、自然资源部国家卫星海洋应用中心主任蒋兴伟

主持人:本报记者 汪涛<

10月25日,我国海洋卫星家族又添一名新成员——海洋二号B卫星上天了。

嘉 宾:国家卫星海洋应用中心主任 蒋兴伟

目前,我国海洋卫星已经实现了从单一型号到多种型谱、从试验应用向业务服务的转变,向系列化、业务化的方向快速迈进。

8月10日,我国在太原卫星发射中心用长征四号丙型运载火箭成功将高分三号卫星送入预定轨道,发射圆满成功。高分三号卫星是我国首颗高分辨率达1米的C频段多极化合成孔径雷达卫星,它的成功发射对于我国海洋事业发展具有哪些重要意义?我国海洋卫星发展前景如何?……带着这些问题,本报记者近日独家对话国家科技重大专项“高分辨率对地观测系统重大专项”应用系统副总师、国家卫星海洋应用中心主任蒋兴伟。

在取得可喜成果的同时,我国海洋卫星还存在哪些不足?未来又将如何发展?中国工程院院士、自然资源部国家卫星海洋应用中心主任蒋兴伟就相关问题接受了《中国科学报》的专访。

记者:高分三号卫星的主要特点是什么?

优势无可替代的海洋卫星

蒋兴伟:高分三号卫星具有全天时、全天候、多极化、多模式、定量化、长寿命等特点,其卫星载荷为C频段多极化合成孔径雷达,是目前国际同类卫星中工作模式最多的。高分三号卫星与我国已经发射的海洋一号和海洋二号卫星对海洋的监测与应用有所不同,具有很好的互补性。它获取的高空间分辨率数据,能应用于海岛海岸带精细监测和海上目标监视,为我国海域使用管理和海洋权益维护提供支撑。高分三号卫星还能获取高分辨率的海洋动力环境监测数据,以及海冰、绿潮、海面溢油等SAR图像数据,为我国海洋环境监测和海洋防灾减灾提供有力支持。同时,高分三号卫星8年的设计寿命,能够为海洋遥感监测业务应用提供长时间稳定的高分辨率数据源。

《中国科学报》:海洋卫星在海洋科学研究、海洋环境监测等方面发挥着怎样不可替代的作用?对于我国建设海洋强国意味着什么?

记者:高分三号卫星成功发射,对我国海洋事业发展及海洋强国建设具有什么样的意义?

蒋兴伟:海洋卫星获取的全球海洋叶绿素浓度、悬浮泥沙分布等海洋水色信息,海面高度、有效波高、海面风场、海面温度等海洋动力环境信息和舰船、海岛、岸线等目标信息具有大面积和高频次的优势,这是船舶和浮标等传统观测方式所无法比拟的。

蒋兴伟:高分三号卫星的发射成功,填补了我国自主高分辨率多极化合成孔径雷达海洋遥感数据的空白,是我国卫星海洋应用事业发展的一个新的里程碑。高分三号卫星是对目前我国已经形成的海洋一号系列卫星和海洋二号系列卫星的有力补充和发展,进一步健全了我国海洋系列卫星体系,极大丰富了我国卫星海洋应用数据产品。下一步,卫星中心将做好包括海洋一号、海洋二号、高分三号等卫星的应用工作,大力提升卫星海洋应用能力和水平,不断拓展海洋卫星资料的应用领域,形成多种海洋卫星资料产品,为海洋事业发展、海洋强国战略和“一带一路”建设提供有效的技术支撑和服务保障。

随着我国海洋强国建设的加快,必须进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋,这对海洋科学的研究水平、海洋环境监测能力、海洋灾害防御能力、海洋资源开发和利用效率等方面提出了更高的要求,海洋卫星也需同步加大对这些方面的信息服务能力,加快建设多星组网的卫星观测体系,加快新型遥感载荷的研制,提高多要素、高精度、全覆盖的全球海洋综合空间观测能力,丰富海洋卫星产品体系,提高数据定量化水平,助力海洋强国建设。

记者:目前我国海洋卫星发展现状如何?

优势互补的海洋卫星体系

蒋兴伟:“十五”以来,我国海洋卫星工程取得了长足发展,已成功发射两大系列共3颗海洋卫星。其中,2002年5月15日发射了我国第一颗海洋水色卫星(海洋一号A,HY-1A),实现了我国海洋卫星零的突破,完成了海洋水色水温探测试验验证与试验应用任务。2007年4月11日发射了我国第二颗海洋水色卫星(海洋一号B,HY-1B),实现了海洋水色卫星由试验应用型向业务服务型的过渡。

《中国科学报》:目前我国正在运行的海洋试验与业务卫星有哪些?各自发挥着什么作用?是否还存在海洋卫星数据受制于人的情况?

2011年8月16日发射了我国第一颗海洋动力环境卫星(海洋二号A,HY2A),卫星主要性能指标达到国际先进水平,填补了我国实时获取海洋动力环境要素的空白,目前该星仍超设计寿命在轨运行。今年8月10日,主要用于海洋监视监测的高分三号卫星成功发射。包括海洋水色、海洋动力环境与海洋监视监测3个系列卫星的我国海洋卫星体系已初步形成。

蒋兴伟:目前我国在轨的海洋卫星有海洋二号A卫星、海洋一号C卫星和高分三号卫星。

记者:请介绍一下我国海洋卫星发展的规划与方向。

HY-2A是一颗海洋动力环境卫星,于2011年发射,获取的海面风场、有效波高、海面高度、海面温度等海洋动力环境数据已经广泛用于海洋防灾减灾、资源开发、海上安全等业务中。但是,只有这一颗动力卫星无法满足各项应用对高时效和高空间分辨率信息的需求。现在为了满足业务的需求,需要借助国外在轨同类卫星数据,存在海洋卫星数据受制于人的情况。

蒋兴伟:目前,我国海洋卫星正在向业务化、国际化、全面化方向发展。业务化方面,“十三五”期间,将发射海洋水色系列卫星与海洋动力环境卫星的后续业务卫星HY-1C/D与HY-2B/C共4颗卫星,海洋卫星将实现由科研星向业务星的过渡。国际化方面,中国与法国合作研制的中法海洋卫星计划于2018年发射,该星有效载荷为海洋波谱仪和微波散射计;同时,海洋卫星数据与国外交换,海洋卫星数据应用技术与国外交流合作不断加强。全面化方面,为了满足不断提升的海洋卫星数据需求,新一代海洋水色卫星与海洋动力环境卫星、盐度探测等新型海洋卫星正在论证立项,将不断增加海洋卫星可观测要素,拓展海洋卫星应用领域与应用效能。

HY-1C是一颗海洋水色卫星,2018年9月在太原卫星发射中心发射成功,目前正在进行测试,该卫星获取的叶绿素浓度、悬浮泥沙、海冰、溢油、赤潮等信息将在海洋环境保护、海洋开发管理和海洋防灾减灾等领域发挥重要作用。同样,单颗卫星也存在观测数据频次少、时效性差和连续观测能力不足等问题,也需借助部分国外数据弥补观测的不足。

2015年10月,《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年~2025年)》发布。该规划提出,为服务我国海洋强国战略在海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面的重大需求,兼顾陆地、大气观测需求,在继承海洋一号、海洋二号、高分三号和中法海洋卫星等卫星的技术基础上,发展多种光学和微波观测技术,建设海洋水色、海洋动力卫星星座,发展海洋监视监测卫星,不断提高海洋观测卫星综合观测能力。根据规划我国将在2025年前研制发射十余颗海洋观测卫星,以及2颗海陆观测SAR卫星。

GF-3卫星是一颗海陆共用的雷达卫星,可获取海上目标、溢油、绿潮、浪场、海面风场、内波、海冰等信息。但由于目前只有一颗卫星在轨运行,也同样存在上述观测能力不足的问题。

随着国家空间基础设施规划的逐步落实和加速推进,“十三五”时期海洋卫星将实现从科研卫星到业务卫星的跨越式发展;从单颗卫星发展为星座式组网运行,海洋水色卫星星座实现上下午星组网观测,海洋动力卫星星座将逐步实现极轨加倾斜轨道的多星组网观测;卫星型谱将在海洋水色、海洋动力两个系列的基础上,新增海洋监视监测卫星,既能实现大范围海洋环境监测,又能满足高分辨率海上目标监视需求;同时,中法海洋卫星、海洋盐度卫星、新一代海洋水色、动力、高轨海洋与生态环境监测等新型科研卫星也陆续进入了先期公关预研、立项论证和研制发射阶段。2020年年底,海洋卫星将实现6颗~7颗卫星同时在轨运行,具备全天时、全天候获取海洋水色、动力环境和海上高分辨率目标监视监测能力,为我国海洋强国战略提供有力的支撑保障。

随着“十二五”和“十三五”我国海洋卫星规划的落实,到2020年,完整的海洋遥感立体观测体系将逐步形成,可实现海洋行业卫星数据应用产品自给率达到或超过80%的目标,届时认识海洋和经略海洋的能力将显著增强,海洋卫星必将在新时代建设海洋强国和全球海洋治理进程中发挥重要作用。

记者:海洋卫星地面应用系统是我国海洋卫星业务的重要组成部分,目前的发展情况如何?

海洋卫星强国梦想照进现实

蒋兴伟:地面应用系统是实现卫星社会效益和经济效益的关键,其主要任务包括卫星任务计划调度、地面接收、资料处理、辐射定标与真实性检验、运控管理、通信、存档分发、应用服务等。卫星中心于2002年建成了HY-1A卫星地面应用系统,随着海洋卫星的发展,在原有地面应用系统的基础上进行改扩建,建成了同时满足HY-1B和HY-2A卫星任务需求的具有多星运行调度功能的海洋卫星地面应用系统。

《中国科学报》:计划中还将发射哪些海洋卫星,以满足哪些方面的业务需求?

经过多年发展和建设,海洋卫星地面应用系统在地域上形成了数据处理中心和北京、海南、牡丹江、杭州以及“雪龙”船卫星地面站“多站一中心”的布局。从系统功能角度上,按照功能、性能优化组合和实际业务的需要,将地面应用系统设计为7个分系统,分别是接收预处理分系统、精密定轨分系统、资料处理分系统、产品存档与分发分系统、辐射校正与真实性检验分系统、运控通信分系统和业务应用分系统。随着业务化卫星体系发展,海洋卫星地面应用系统将进一步得到大力提升,促进海洋卫星事业跨越式发展。

蒋兴伟:根据我国民用空间基础设施中长期发展规划和《海洋卫星业务发展“十三五”规划》,到2020年我国将研制和发射海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座和海洋监视监测卫星3大系列海洋卫星10余颗。

记者:高分三号卫星发射后,卫星中心还要做好哪些工作?

海洋水色卫星星座:2018年和2019年陆续发射HY-1C/D海洋水色业务卫星,上下午组网观测;“十三五”期间将进一步发展新一代海洋水色卫星科研星和业务星,从而提升上下午组网观测能力。

蒋兴伟:高分三号卫星发射后,国家海洋局作为牵头主用户将组织实施在轨测试,卫星中心会按分工负责承担好卫星在轨测试工作,为用户提供稳定、高质量的卫星数据,并保证卫星按计划投入使用。目前,卫星中心已组织完成在轨测试大纲与细则编写工作,各项测试工作已准备就绪。

海洋动力卫星星座:HY-2B/C/D卫星,一颗极轨和两颗倾斜轨道海洋动力卫星3星组网探测海面高度、海面风场和海面温度信息;中法海洋卫星、海洋盐度探测卫星作为新型海洋动力卫星实现海面波浪谱和海洋盐度信息的探测。

高分三号卫星投入使用后,卫星中心将基于高分海洋示范应用系统,积极开展高分三号卫星数据海洋领域示范应用工作。在应用示范区充分应用与验证基础上,将高分三号卫星数据应用逐步融入海洋主体业务。

海洋监视监测卫星:GF-3号科研星和2颗1米C-SAR业务卫星3星将进行组网观测;后续还将发展高轨海洋光学和微波遥感卫星。

3个系列卫星同时在轨运行可为海洋环境资源、海洋防灾减灾、海洋经济、海洋生态、海洋安全和国防建设等领域提供不同分辨率、不同时效、不同种类的丰富的多源海洋环境信息,同时还可服务于气象、环境、交通、农业和水利等行业的部分业务需求。

《中国科学报》:《海洋卫星业务发展“十三五”规划》提出,3个系列海洋卫星实现同时在轨组网运行、协同观测。怎么理解?

蒋兴伟:这些卫星只有实现协同观测才能充分发挥海洋卫星3个系列的组网观测优势。

在海洋灾害预防方面,利用水色卫星和监视监测卫星可实现海冰、有害藻华、溢油的全天候、全天时快速连续的监测;利用动力卫星和监视监测卫星可实现全球灾害性海浪、风暴潮、海冰的中高分辨率联合监测。

在海洋资源开发方面,利用水色卫星获取的叶绿素浓度和海温信息,动力和监视监测卫星获取的盐度、海流和涡旋信息,可为大洋渔场的预测提供可靠的信息源服务。

利用水色卫星获取的海温和动力星获取的海平面变化信息可为全球变化研究提供可靠数据;利用动力星和监视监测卫星获取的风场、浪场、海冰和冰间水道等信息可为海上航行提供安全保障;等等。

全球大洋数据实时接收将近

《中国科学报》:我们的海洋系列卫星地面应用系统建设运行情况如何?还将如何进一步发展以更好地提升星地一体业务化运行与服务能力?

蒋兴伟:自然资源部国家卫星海洋应用中心负责承担建设海洋卫星地面应用系统。在卫星地面接收站网布局方面已经改扩建了国内4个地面站,布局了极地站、海外卫星地面站、船载移动接收站等,具备我国近海及周边海域实时接收能力,并将具备全球大洋数据近实时接收能力。

正在建设功能齐全的海洋卫星数据中心,通过海洋卫星数据处理系统,具备多星数据的处理能力,目前主要针对海洋一号和海洋二号系列卫星生产海洋水色和动力环境的1级、2级和3级标准数据产品以及专题数据产品,并通过存档分发系统分发给各类用户使用。

为了提高卫星数据的定量化水平,正在建设海上定标与真实性检验场网,并加强多种形式的国内外合作和数据共享,完善定标和检验体系,提升全球海域范围内的海洋卫星定标检验能力。

为了进一步提升星地一体业务化运行与服务能力,将建设统一任务综合管控系统,建立多星任务仿真系统,提供多源卫星运行情况的模拟展示功能,实现基于海洋观测任务的海洋卫星体系调度仿真,实现对海洋重要物理参数协同观测,最大程度满足用户对海洋遥感数据的需求。

银河国际点击登录,同时,建设多源卫星遥感数据协同生产系统,增加数据产品种类,提高数据产品处理时效,加强全球海洋遥感监测基础产品和近海海域遥感监测产品制作,增加海洋要素产品的种类,具备多星多源卫星数据融合处理能力。加强应用支撑能力建设,构建海洋遥感数据快速处理体系,为海洋遥感应用提供高效、便捷的数据产品服务。

相关链接:国际海洋卫星发展概况

当前,国际上航天强国中对海洋的观测采用与我国不同的发展思路,通过开发多种用途的卫星,使其具备海洋观测的功能。

美国在轨运行的卫星和2035年之前的卫星计划中具备海洋观测功能的卫星有近30颗,其仍是卫星种类最多、技术指标最先进的航天强国。通过自主研发和合作研发的方式,形成了获取全球海面高度信息的JASON卫星系列;获取海洋重力场的GRACE卫星系列;获取海洋水色和海温的JPSS极轨卫星系列;获取海面温度和海冰信息的静止轨道GOES卫星系列;用于激光测高的Icesat-2卫星系列等等。

欧洲的卫星主要由欧空局和欧洲气象卫星应用组织来研发,目前在轨和后续卫星约为25颗,主要卫星系列有Sentinel系列,Metop系列和Cryosat系列等,具备海面高度、海面盐度、风场、海温、波高、波浪谱、重力场和海洋水色等海洋环境信息的观测能力,具有卫星种类多、观测要素全,卫星成系列发展的特点。

俄罗斯在轨和后续卫星有10颗,有Meteor,Elektro和Kondor等多个卫星系列,主要载荷有SAR、高光谱成像仪、微波散射计等,还是第一个规划有极地卫星系列的国家。

另外,日本、加拿大、阿根廷、意大利、德国和韩国等都有各自的卫星计划,但海洋环境要素的获取能力和种类方面都不全面。除了我国之外,只有印度规划和实施了海洋卫星观测系列(OceanSat系列),用于海洋水色和海面风场、海面温度等部分海洋动力环境要素的观测。但是,印度用于海洋观测卫星上的主载荷——雷达高度计、微波辐射计和微波散射计分别由美国和法国研发,未实现自主研制。

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