高分衛星家族再添丁 將打破國外亞米級遙感圖像壟斷

2020-12-27 新京報

新京報快訊(記者 倪偉)7月3日11時10分,高解析度多模綜合成像衛星(簡稱「高分多模衛星」)在太原衛星發射中心發射升空。這將成為我國又一顆重要的遙感衛星,打破國際商業遙感衛星公司對亞米級解析度遙感圖像的壟斷局面。

高分多模衛星由航天科技集團五院總體部抓總研製,是我國首顆亞米級民用解析度並具有多種敏捷成像模式的光學遙感衛星。

2013年以來,我國陸續發射了一批高解析度遙感衛星,對地觀測精度不斷提升。其中,高分一號至七號組成的「高解析度對地觀測系統(即高分系統)」,成為中國迄今規模最大的遙感衛星系統。而高分多模衛星等一批高解析度遙感衛星的加入,對於我國對地觀測、民用遙感乃至國家治理等領域,提供了重要的信息基礎資源。

此次任務還搭載發射了「西柏坡號」青少年科普衛星,主要用於青少年航天科普教育推廣,可實現回傳地面影像數據和衛星遙感數據、物理實驗數據比對等功能。

此次發射由長徵四號乙火箭在太原衛星發射中心執行。圖/航天科技集團

眼觀六路,觀測領域覆蓋「金木水火土」

高分多模衛星的一個顯著特徵,是應用領域極其廣泛。

有衛星設計師用一句順口溜歸納了其功能領域:「一二三四五,金木水火土」。「金」是指礦產資源領域,「木」指森林覆蓋監測,「水」指環保海岸觀測,「火」寓意應急減災應用,「土」針對國土住建領域。

高分多模衛星行業用戶包括自然資源部、應急管理部、農業農村部、生態環境部、住房和城鄉建設部、國家林業和草原局等。具體而言,這顆衛星將主要用於我國國土及周邊區域高解析度圖像的獲取,主要服務於自然資源、應急管理、農業農村、生態環境、住建、林業和草原等多種行業,將打破國際商業遙感衛星公司對亞米級解析度遙感圖像的壟斷局面,亞米級即對地成像的精度達到1米以下。

衛星的圖像數據將應用於諸多行業的幾十項業務,例如大比例尺國土基礎調查與專項調查、國家地理信息基礎測繪、自然資源重大應急事件即時監測、災區應急監測、災情評估和災後恢復重建、大氣和水環境汙染源、自然保護區和生態保護紅線監管、林業和草原常態監測等。

高分多模衛星是《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)》中解析度最高的遙感衛星,能在600多公裡的太空,「看清」地面上小汽車的擋風玻璃。

高分多模衛星上搭載的大口徑、長焦距高解析度相機。圖/航天科技集團五院

高分多模衛星的高解析度,取決於其搭載的大口徑、長焦距高解析度相機,這相當於一臺太空中的巨型單眼相機,不僅可以拍攝亞米級解析度全色圖像,還能拍攝米級解析度的深藍、藍色、綠色、黃色、紅色等多個譜段的多光譜圖像。多譜段有助於精細化區分拍攝的內容,例如,可以更準確地區分同一塊田地裡玉米和大豆的長勢情況,從而精準估產;不僅能看清哪裡有礦,還能區分銅礦、鐵礦、鋁礦等類型。

此外,高分多模衛星還有一件重要利器——大氣同步校正儀,在霧霾天氣裡,依然能夠「明察秋毫」,拍攝高清圖像。高分多模衛星不僅能看得「清」,還能看得「準」,能夠準確計算出地理位置。例如拍攝受災地區時,能夠迅速準確計算出受災道路、橋梁、房屋等準確位置,為搶險救災工作提供寶貴的信息。

敏捷靈活,觀測數量較傳統衛星提高4-6倍

與此前高分系統的衛星不同,高分多模衛星的獨家技能,是具備「多種敏捷成像模式」。

「多種敏捷成像模式」有兩層含義:一是多種成像模式,二是敏捷。

高分多模衛星具有豐富的成像模式,這也是名字中「多模」的來歷,包括同軌多點目標成像、同軌多條帶拼幅成像、同軌多角度成像、同軌立體成像、非沿跡主動推掃成像等。

不同成像模式可以拍攝出不同的圖像,例如拼幅成像模式可以拍出90公裡×90公裡幅寬照片,幾乎所有大型城市都能一圖盡收;立體成像模式的圖像,可以精確繪製資源地形;非沿跡成像模式下「看」曲折線快且清晰,可以勾勒省、市的邊界。

工程人員在發射場對高分多模衛星進行檢查。圖/航天科技集團五院

敏捷,得益於衛星採用的全新一代中型敏捷遙感衛星公用平臺,具備敏捷姿態機動能力。執行任務時,高分多模衛星利用大力矩控制力矩陀螺,能夠幫助衛星擺動更快;高剛度的翅膀——太陽翼,則保護其擺動過程中不會受傷。

據衛星研製工程師介紹,正是這種敏捷成像能力,使得圖像獲取效率提升,觀測數量較一般傳統衛星提高了4-6倍。

高分衛星結束遙感數據「進口」歷史

從2013年4月26日發射「高分一號」衛星起,我國高解析度對地觀測系統(高分系統)建設啟動。國家航天局信息顯示,高分系統將基於衛星、平流層飛艇和飛機,完善地面系統,建立數據與應用中心,高分系統與其他觀測手段結合,將形成全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力。

10天前,北鬥三號全球導航系統組網完成,引發社會關注。類比來看,高分系統可以看做與北鬥系統重要性等量齊觀的衛星系統。人造衛星按功能主要可以分為通信、遙感、導航三類,高分與北鬥分屬遙感、導航領域,是我國在這兩個領域迄今最重要的衛星系統。

在高分系統建設前,我國雖然也發射了不少資源衛星、海洋衛星等遙感衛星,但不夠系統,所需的衛星遙感數據主要向國外購買。如今,「進口」衛星遙感數據多被高分系統數據替代,比率已近80%,遠超實施方案設定的60%的目標。

從2013年高分一號升空開始,經過7年建設,我國高分專項工程7顆主要衛星(高分一號至七號)成功發射,初步構建起了穩定運行的高分衛星遙感系統。其他高解析度衛星的加入,整體提升了我國衛星遙感的能力和水平。

這些衛星使得我國低軌遙感衛星解析度由最高2.1米提高到0.65米,靜止軌道遙感衛星解析度由千米級提高到50米,突破了一系列技術瓶頸。

高分專項實施前,我國僅有國土、林業、測繪等8個行業和北京等少數幾個區域開展遙感衛星應用,現在高分專項數據已在20個行業、31個區域得到廣泛應用,成為相關部門主體業務的重要手段,以及國家治理體系和治理能力現代化的重要信息技術支撐。

2018年,我國發布《高分五號衛星數據應用的國際合作計劃》,受到國際遙感界的廣泛關注和積極響應。2019年11月6日,我國再次向國際社會免費開放高分一號、高分六號兩顆衛星的16米全球數據,成為又一項引起全球轟動的遙感領域重大事件。

新京報記者 倪偉

編輯 劉夢婕 校對 趙琳

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