“高分一號”：4天看遍全球

尹懷勤

中國高分辨率對地觀測系統的首顆衛星——“高分一號”于2013年12月30日正式投入使用，這標志著我國對地觀測新時代的開啟。

“三高”衛星

所謂高分辨率，主要體現在空間、時間和光譜分辨率3個方面。高分工程由天基觀測系統、臨近空間觀測系統、航空觀測系統、地面數據中心系統和應用系統組成，以保障現代農業、防災減災、資源環境、國家安全等重大戰略需求，支撐國土調查與利用、地理測繪、海洋和氣候氣象觀測、水利和林業資源監測、城市和交通精細化管理、疫情評估與公共衛生應急、地球系統科學研究等重點領域應用需求。

其中，天基系統按照規劃將發射5～6顆觀測衛星，目標是建成高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率的對地觀測系統，并與其他觀測手段相結合，到2020年形成具有時空協調、全天時、全天候、全球范圍觀測能力的穩定運行系統。

“高分一號”衛星是2013年4月26日發射升空的。相比其他光學遙感衛星，“高分一號”突破了高空間分辨率、多光譜與寬覆蓋相結合的光學遙感等關鍵技術，在設計壽命上刷新了低軌衛星平均3年的紀錄，達到5～8年。“高分一號”自升空以來，截至2013年底，它已提供了2米/8米影像近25萬景，16米影像7.6萬景。以華北、華東地區霧霾問題為例，“高分一號”獲取了近500景觀測數據，為有效開展霧霾污染形成、發展、消散等基礎研究提供了信息保障。

“長壽”衛星

“高分一號”衛星是我國首顆設計、考核壽命要求大于5年的近地軌道衛星。以前國內低軌衛星的設計壽命基本都是3年，只有2012年1月9日發射升空的“資源三號”衛星的設計壽命是5年、考核壽命是4年。而“高分一號”設計壽命5年、考核壽命則是5～8年。

衛星中的活動部件處于運動狀態，終日磨損，一般會最先出現故障。衛星活動部件主要有飛輪、陀螺、地球紅外敏感器等，其中又以陀螺最為關鍵。科研人員對此加以改進，并通過衛星上裝配陀螺，減小其摩擦，相應地降低了損耗，有效地提高了整星壽命。

此外，“高分一號”將電池更換為鋰離子電池，在增加容量的同時，降低了重量；衛星的太陽帆板采用三級砷化鎵，提高了利用太陽能的效率，在整個翼展面積不變的前提下，發電效率從原來的18%提高到28%。這兩項有效措施都為衛星長壽命運行提供了充足的能量。同時，衛星設置了很多智能措施，以提高對自身問題的辨識能力和修復能力。

與運行在地球靜止軌道上的天鏈系列中繼衛星的牽手，也是“高分一號”延壽的秘方之一。由于“高分一號”更多的時間都是在境外上空飛行，地面測控站觀測不到，一旦遇到險情聯系不上，想要補救都來不及。而中繼衛星則站得高、看得遠，可以給“高分一號”提供來自空間的關照。同時，通過中繼衛星報告的及時位置信息，在“高分一號”即將入境之前，地面可以對其實現臨時發送或修改遙控指令，提高衛星工作計劃的靈活度，增強衛星的使用效能，對于節省能量、延長壽命也大有裨益。我國先發射天鏈系列中繼衛星，再發射高分衛星，其用意之一也即在此。

4秒看遍全球

“高分一號”衛星最突出的優勢之一就在于實現了空間分辨率和時間分辨率的完美匹配。一般來說空間分辨率與時間分辨率是互相矛盾的，通常需要以犧牲一方來保證另一方的領先水平，而“高分一號”衛星在這兩點上實現了一個最優組合。

單就空間分辨率（即從遙感衛星照片上辨別出的地面目標的最小尺寸）這一因素來講，“高分一號”的高分辨率全色相機與目前國內民用分辨率領先的2011年升空的“資源一號”02C星所用相機相近，基本可以達到2米級的空間分辨率指標。但同時，“高分一號”又在其基礎之上增加了高分辨率多光譜成像能力，除了黑白照片，還能下傳具有紅黃藍綠四個譜段的彩色圖像。

而時間分辨率指的是重復觀察同一地物所需要的時間，如對同一區域，衛星重訪一次需要幾天時間。當然，在空間分辨率相當的前提下，重訪時間越短優勢越明顯。目前，運行在距離地面約800千米高的太陽同步軌道上的氣象衛星的時間分辨率最高，周期僅為1天，但它觀測云層是行家，觀測地物就捉襟見肘了。而“高分一號”的4臺寬幅多光譜相機通過多角度拼接視場，可以實現較高分辨率的大視場成像。這樣一來，只需4天，運行在近地軌道上的“高分一號”就能把地球完整地觀測一遍，獲得全球各地的圖像資料。

未來，高分工程將主要向3個方向發展：第一個方向是指，2014年將要發射的“高分二號”衛星可具有米級分辨率的成像能力，能夠進行道路監測和道路規劃，城市建設用地規劃、調查和執法；第二個方向是微波成像衛星用雷達來進行監測，實現全天候的對地觀測，主要用于加強對海洋的監測；第三個方向則是高光譜觀測衛星，用于對地面礦產資源的監測。

【責任編輯】龐 云