海洋卫星:陪你一起去看海

今年9月至10月,我国接连发射了三颗海洋卫星。那么,海洋卫星有哪些独门武功,我们国家还有哪些海洋卫星?

Space Exploration - - 太空探索 - 文/ 许元男

已有多只天眼鸟瞰大海

海洋占我们蓝色星球表面积的7成以上,被誉为生命的摇篮,资源的宝库,同样也是全球气候的重要调节器,世界贸易的重要通道。海洋对人类生存与可持续发展具有举足轻重的意义。

我国是一个海洋大国,其中大陆海岸线约 18000公里,岛屿6500 多个,所辖海域约300万平方公里。大面积、高精度、全方位认知和管控海洋,合理开发利用海洋资源,保护海洋生态环境,保障我们的海洋权益是我国重大海洋战略。

建立完善的海洋遥感调查监测体系,扩大海洋卫星的应用领域和范围,能够显著提高对海洋的监控能力,保障我国海洋资源与环境的保护及可持续发展,加快我国由海洋大国向海洋强国迈进的步伐。

我国目前已经初步形成了以海洋一号系列卫星、海洋二号系列卫星及高分系列卫星为代表的,包含海洋水色、海洋动力环境、海洋监视监测等3个门类的海洋卫星体系,并已产生显著的社会和经济效益。

海洋一号A卫星是我国第一颗海洋水色卫星,于2002 年5月15日发射成功,实现了我国海洋卫星零的突破。它配置了1台10谱段水色扫描仪及1台4谱段CCD海岸带成像仪。在轨运行期间,它能获取我国近海及全球重点海域的叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量、海冰覆盖范围、植被指数等动态要素信息,以及珊瑚、岛礁、浅滩、海岸地貌特征。该卫星完成了海洋水色功能及试验验证,促进了海洋遥感技术的发展, 为我国海洋卫星发展奠定了技术基础。

海洋一号B卫星同样是一颗海洋水色卫星,于2007年4月11日成功发射,在其“哥哥”海洋一号A卫星的基础上,观测能力和探测精度得到了进一步增强和提高,实现了我国海洋水色卫星由试验型向业务服务型的升级。

科学家在“海洋一号A”和“海洋一号B”兄弟俩所采集数据的基础上,开发制作了42种遥感产品,为海洋灾害监测、海洋环境预报与监测、海洋资

源开发与利用、海洋科学研究等多个领域提供了丰硕成果,在海洋水色环境监测、海表温度监测、海冰灾害监测、赤潮灾害监测等方面发挥了重要作用。

海洋二号A卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,于2011 年8月 16日成功发射,设计寿命3年,但目前仍在轨运行。它配备了雷达高度计、微波散射计、扫描辐射计、校正辐射计等多种主动和被动微波载荷,用于监测和调查海洋动力环境,可获得包括海面高度、温度、风速、浪高等多种海洋动力环境参数,为海洋环境预报、海洋资源开发、海洋 环境监测以及极地航线保障等提供支撑服务,尤其是对灾害性海况的预警预报为海洋防灾减灾作出了卓越贡献。

此外,该卫星还具有高定量化有效载荷、精密测定轨道、星地双向激光通信、高精度姿态控制等多项国际先进水平的“黑科技”,实现了我国卫星研制技术的跨越。

高分三号卫星是我国首颗兼顾海陆观测的民用雷达成像卫星,于2016 年8月10日成功发射。它是我国科技重大专项“高分辨率对地观测系统”中唯一的雷达成像卫星,能够全天候、全天时地实现全球海洋与陆地信息的监视监测,并通过调整载荷姿态摆动,扩大对海陆的观测范围,提升快速响应能力。

作为我国自主研制的首颗C频段多 极化合成孔径雷达(SAR)卫星,它的“独门秘笈”也不少:多极化相控阵天线成像、大型相控阵SAR天线展开、大热耗SAR天线热控、复杂条件下卫星控制都是它的绝活,综合性能达到国际先进水平。该卫星的成像分辨率从1~500米,成像幅宽从10~650公里,在海洋应用方面,它不但可以监测我国临近海域的风暴潮、热带气旋、海冰、海面溢油、赤潮等,也可以监视海岸带、海面船舶、岛礁人工设施、海上石油平台等,自发射以来超过50万景的数据产品已广泛服务于我国海洋、水利、气象等多个业务部门,为我国实施海洋开发、环境与灾害的监测提供了重要的技术支撑。

目前,我国的“海洋一号A、B”兄弟俩已经光荣退休,只有“海洋二号A”

和“高分三号”在轨运行,难以满足海洋事业发展对卫星遥感的需求。

最近发射的“海洋一号C”卫星是我国自主研制的第三颗海洋水色水温度卫星,也是我国“十三五”民用空间基础设施中海洋业务卫星的首发星,主要用于全球大洋水色水温环境业务化监测,将为中国海洋生物资源开发利用,河口港湾的建设与治理、海洋污染监测与防治、海岸带资源调查与开发,以及全球环境变化研究等领域服务。

未来后起之秀值得期待

10 月 25日,海洋二号B卫星发射成功。海洋二号B卫星是海洋二号A卫星的后续星,是一颗业务卫星,也是海洋动力环境卫星星座的首颗星,主要遥感载荷有微波散射计、微波扫描辐射计和雷达高度计等。它将是目前在轨利用单一卫星平台获取海洋动力环境信息最多的卫星。

该卫星的测高精度为5厘米,具备完全自主的高精度精密测定轨能力,达到国际同类卫星的观测精度和同等精密 定轨水平。海洋二号B卫星将与后续的海洋二号C、D卫星组网,形成全天候、全天时、高频次全球大中尺度海洋动力环境卫星监测体系。

10 月 29日成功发射的中法海洋卫星则是落实中法两国航天合作协议,面向海洋风浪探测和全球气候变化需求而研制的一颗具有海风海浪联合探测能力的卫星,将率先实现全球海浪谱信息的空间连续获取能力。

此外,它还将是世界首颗具备全球全天候、全天时连续同步获取海洋风浪信息的卫星,在海洋减灾防灾和海上航行安全保障等方面较其他卫星优势明显。

我国将于明年发射海洋一号D卫星,它和C星一起组成我国首个海洋民用业务卫星星座,这组CP将上、下午组网,通过大幅宽、高精度、高时效性的观测,具备全球1天2次的水色水温探测覆盖能力。

我国《海洋卫星业务发展“十三五”规划》曾提出,到2020年,我国预计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个系列海洋卫星,并实现同时在轨组网运行、 协同观测,基本建成系列化的海洋卫星观测体系、业务化的地面基础设施和定量化的应用服务体系。

按照该规划的设想,我国到2020年将具备对全球海域、重要岛礁和关键海峡通道连续稳定观测和监测能力,拓展国家、海区和省市3级卫星海洋应用与服务体系,数据实现实时/近实时共享,海洋行业卫星数据应用产品自给率达80%,产品定量化水平、服务海洋能力大幅度提升,我国海洋卫星体系的国际地位显著增强。

我国规划和实施中的海洋卫星,将从根本上改变我国海洋业务卫星在轨运行的现状,实现海洋卫星从单一型号到多种型谱、从试验应用向业务服务的转型升级,以及向系列化、业务化方向快速迈进,为海洋事业发展提供可靠稳定的遥感数据支撑,在海洋防灾减灾、海洋维权执法、海洋环境保护、海域海岛管理、海洋资源调查与服务、极地与大洋科学考察方面的重大需求中发挥重要作用,为海洋强国建设提供技术保障。

中法海洋卫星工作场景的艺术想象图(左下红色波束代表微波散射计正在工作,右上方彩色光束代表海洋波谱仪正在工作)

▲海洋水色仪经过极区时所拍摄的图像

▲海洋1 号 A卫星的水色扫描仪境外探测墨西哥湾

▲海洋一号B卫星获取的第一轨遥感影像图

▲ “老大哥”海洋一号A卫星获取的第一轨图像

▲船舶自动识别系统(ais)获取的全球大洋部分船舶位置信息

▲海岸带成像仪图像

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