2015年全球民商用對地觀測衛星發展回顧

龔燃 （北京空間科技信息研究所）

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2015年全球民商用對地觀測衛星發展回顧

2015 Year in Review：
Global Civilian and Commercial Earth Observation Satellites

龔燃 （北京空間科技信息研究所）

2015年，全球共發射了73顆民商用對地觀測衛星，其中2顆衛星已經失效，1顆部分發射成功，14顆商業對地觀測小衛星還未釋放，目前在軌運行56顆。從整體來看，2015年民商用對地觀測衛星發射活動較2014年下滑幅度較大，這主要歸因于新興商業小公司發射數量的減少。2015年民商用對滴觀測衛星的主要發射活動集中在美國，共發射了47顆，中國發射了14顆，歐洲發射了6顆，新加坡發射了2顆，俄羅斯發射了2顆，韓國和印度尼西亞各發射了1顆。從衛星類型來看，光學對地成像衛星數量最多，為56顆，其余17顆均為環境探測衛星，其中氣象環境探測衛星6顆，海洋環境探測衛星4顆，其他環境探測衛星7顆。從用途來看，大部分為商用對地觀測衛星，達54顆，民用對地觀測衛星19顆。

2015年全球民商用對地觀測衛星發射統計（按國家）

2015年全球民商用對地觀測衛星發射統計（按類型）

1 美國

2015年，美國共發射了47顆民商用對地觀測衛星，除去失效的鴿群－1d'（Flock－1d'）衛星，以及還未釋放的2顆鴿群－2b和12顆鴿群－2e衛星，目前在軌運行31顆。這31顆衛星中僅有1顆民用衛星，其余30顆均為商用衛星。整體來看，一方面，美國進一步發展新興商業對地觀測衛星系統；另一方面，美國積極研制和部署新一代民用對地觀測衛星。此外，2015年，美國在探索采用商業氣象數據方面也有了重要進展。

行星實驗室公司積極發射后續衛星星座

2015年，美國行星實驗室公司（Planet Labs）積極部署“鴿群”系列后續衛星，擴展對地觀測納衛星星座規模，2015年共發射了4次共計38顆“鴿群”衛星，其中第3次的8顆鴿群－1f衛星因火箭爆炸而發射失敗。鴿群－1d'、1e和2b衛星和之前發射的“鴿群”系列衛星一樣，均為3U立方體衛星，尺寸為10cm×10cm×34cm。衛星采用標準化平臺，對陸地連續開機的工作模式，部署成本低，大規模星座能夠實現覆蓋區域內的近實時覆蓋，壽命5～6個月。衛星載有1臺高分辨率相機，分辨率3～5m。通信分系統包括甚高頻（VHF）無線電信標和S頻段調頻擴頻調制解調器，S頻段無線鏈路數據率115kbit/s。

探索氣象衛星商業化發展，啟動部署商業氣象小衛星星座

2 0 1 5年9月，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）發布了一份商業氣象數據政策草案，以規范商業氣象衛星數據的使用，希望從能夠提供滿足政府數據標準的商業運營衛星和儀器方采購氣象數據。2015年10月，白宮也披露了一份《空間天氣行動計劃》，要求相關政府機構，包括美國國家海洋和大氣管理局、美國航空航天局（NASA）、美國空軍和國家科學基金會等，設計采集空間天氣數據的方法，并在制定未來的長期觀測計劃中考慮使用商業數據，用于空間天氣預報。

測試中的美國狐猴－2衛星

此外，2015年9月28日，以“衛星數據公司”自稱的美國斯派爾公司（Spire）發射了由4顆“狐猴”（Lemur）衛星組成的商業氣象小衛星星座，包括狐猴－2喬爾（Lemur－2Joel）、狐猴－2彼得（Lemur－2Peter）、狐猴－2杰倫（Lemur－2Jeroen）和狐猴－2克里斯（Lemur－2Chris）。“狐猴”衛星基于3U立方體衛星設計，該星座將為政府和商業用戶采集氣象數據，并提供相關數據分析服務，極大地改善了氣象預報準確性。“狐猴”衛星采用GPS無線電掩星技術獲取氣象數據，即利用獲取的大氣層溫度、壓力和濕度垂直分布數據，將這些數據輸入氣象預測模型來實現氣象預測。斯派爾公司計劃在接下來的2.5年時間里，將星座規模擴展至100顆以上。屆時，斯派爾公司會繼續用更先進的衛星更新星座，每隔6個月就把1/4的現役衛星替換掉，以保持技術更新和全星座運行能力。

環境監測衛星進入更新換代的密集期

2015年，多顆在軌服役數年的環境監測衛星失效，由后續衛星繼續執行更高精度的測量任務。同時，2015年，NASA仍然保持對天基環境監測的關注，繼續執行“10年調查”任務計劃，發射了“土壤

濕度主動-被動探測”（SMAP）衛星。

美國“土壤濕度主動-被動探測”衛星在軌飛行示意圖

2015年4月，在軌服役18年（超期服役15年）后，1997年發射的“熱帶降雨測量任務”（TRMM）失效，2015年6月再入地球大氣層。“熱帶降雨測量任務”衛星的后續任務——“全球降雨觀測”（GPM）衛星已于2014年2月27日發射，該衛星將降雨測量的區域由原來的熱帶區域擴展到了全球范圍，并可對高緯度地區降雨量進行觀測，提供更頻繁、更豐富的全球水文循環信息。

2015年6月8日，由于星上電源和姿態控制系統的關鍵部件—遠程終端單元發生故障而停止運行，2011年發射的寶瓶座/科學應用衛星－D （Aquarius/SAC－D）衛星正式退役。該衛星的失效對海洋表面鹽度數據采集的連續性有很大影響，其后續數據由2015年1月發射的“土壤濕度主動-被動探測”衛星采集。（詳情請看本刊2015年第1期）

2015年9月2日，“土壤濕度主動-被動探測”衛星星載散射計發生故障，不能再傳回數據。盡管如此，星載輻射計仍正常工作，提供有價值的地球系統科學研究數據。

2 中國

2015年，中國民商用對地觀測衛星領域取得了重大進展，共發射衛星14顆，用于國土資源普查、防災減災等領域。這14顆衛星中，除了高分－4（GF－4）衛星外，其他均為小衛星，包括吉林－1衛星、希望－2（XW－2）小衛星星座、浦江－1（Pujiang－1）衛星、上科大－2（STU－2）小衛星星座等。

高分－4衛星于2015年12月29日發射，是中國首顆地球靜止軌道光學成像衛星，地面分辨率50m，定位于105.6°（E），對中國及周邊地區進行近適時觀測。

吉林－1衛星是中國自主研發的高分辨率商業對地觀測衛星，由4顆衛星組成，包括1顆主星、1顆“靈巧”（Lingqiao）成像驗證星、2顆“靈巧”成像視頻星。2015年10月7日發射吉林－1A光學衛星（主星）、靈巧－A和B成像視頻衛星。吉林－1A衛星具備常規推掃、大角度側擺、同軌立體、多條帶拼接等多種成像模式，地面分辨率為全色0.72m、多光譜2.88m，廣泛應用于農林等資源管理、環境監測、土地規劃、地理測繪等多個領域。

3 歐洲

2015年，歐洲發射了6顆民商用對地觀測衛星，包括“哥白尼”（Copernicus）計劃的首顆哨兵－2A （Sentinel－2A）光學衛星、歐洲“第二代氣象衛星”（MSG）中的最后一顆第二代氣象衛星－4、英國的災害監測星座－3（DMC－3，又叫北京-2）等。

歐洲“哥白尼”計劃穩步推進，專用“哨兵”衛星陸續部署就位

2015年可以說是“哥白尼”計劃的穩步推進階段：首顆專用衛星哨兵－1A進入業務化運行，開始全面提供服務；首顆光學成像衛星哨兵－2A成功發射；下一顆哨兵－3A衛星計劃于2016年初擇機發射；同時，后續的哨兵－6衛星合同也順利簽署。

歐洲第二代氣象衛星－4

歐洲哨兵－2A衛星

2015年6月23日，哨兵－2A搭乘“織女星”（Vega）火箭從法屬圭亞那庫魯航天發射中心發射。“哥白尼”計劃規劃了2顆相同的哨兵－2衛星，即哨兵－2A和2B。2顆衛星由歐洲委員會和歐洲航天局（ESA）共同實施，用于全球高分辨率和高重訪能力的陸地觀測，包括農業、森林、陸地使用變化，以及陸地覆蓋變化；生物物理變化制圖，如葉綠素含量、葉片含水量、葉面積指數；監測海岸和內陸水域；風險和災害制圖等，以保持斯波特－5 （SPOT－5）和陸地衛星－7（Landsat－7）衛星數據的連續性。哨兵－2A由阿斯特留姆德國公司[現在的空客防務與航天公司（ADS）]研制，衛星發射質量1200kg，設計壽命7年。衛星載有一臺13個通道的多光譜相機，光譜分辨率15～180nm，可見光分辨率10m，近紅外分辨率20m，短波紅外分辨率60m，成像幅寬290km，每軌最大成像時間40min。迄今，哨兵－2A已獲取了大量多光譜成像圖，充分展示了測量要素的精美細節信息，被證明性能已經超出預期。ESA的海洋學家表示，哨兵－2A獲取的關于生物活動多光譜圖像的分辨率比目前許多現役海洋觀測衛星都要高，可以更好地支持水產養殖和旅游觀光業的發展。（詳情請看本刊2015年第8期）

哨兵－6衛星又稱賈森－CS（Jason－CS）衛星，是“賈森”系列衛星后續計劃。2015年5月12日，ESA與空客防務與航天公司簽署了哨兵－6價值1.77億歐元的研制合同。該衛星是一項開展高精度海洋表面地形測量的衛星任務，計劃于2020年發射。哨兵－6質量約1000kg，計劃運行軌道高度為1300km，設計壽命5.5年。衛星基于“冷衛星”（CryoSat）研制，主承包商為空客防務與航天公司，泰雷茲-阿萊尼亞航天法國公司（TAS）負責研制雷達高度計，測高精度達厘米級。NASA噴氣推進實驗室（JPL）和美國國家海洋和大氣管理局將提供其他測量設備。

薩瑞衛星技術公司成功發射“第三代災害監測星座”

2015年7月10日，“第三代災害監測星座”衛星由印度“極軌衛星運載火箭”（PSLV）從薩提斯達瓦航天中心成功發射。“第三代災害監測星座”由3顆衛星組成，運行在高630km、傾角97.8°的太陽同步軌道。衛星質量約350kg，設計壽命7年，采用薩瑞衛星技術公司（SSTL）的SSTL－300S1衛星平臺。3顆衛星位于同一軌道平面，星座對地球任意位置重訪周期為1天。衛星載有甚高分辨率成像儀－100（VHRI－100），全色分辨率1m、多光譜分辨率4m。衛星具有沿軌、穿軌方向的立體成像能力，單星每日圖像采集面積達1.0×105km2。在長條帶成像模式下，條帶成像距離高達4000km。

“第三代災害監測星座”采用與前兩代不同的衛星應用模式，中國21世紀空間技術公司（21AT）已租賃“第三代災害監測星座”100%的成像能力，租期7年。薩瑞衛星技術公司作為衛星制造商，在衛星星座設計中需滿足21AT公司提出的觀測需求。在新的衛星應用模式下，21AT公司不用負責衛星的發射和運控，僅負責“第三代災害監測星座”的計劃執行和編程任務，獲得時效性強、分辨率高的衛星圖像，并節省了經費。

英國“第三代災害監測星座”

“第三代災害監測星座”發射后，薩瑞衛星技術公司開始尋找有意愿購買第4顆“第三代災害監測星座”衛星的國家。21AT公司將利用第4顆衛星的能力提供在軌備份，而第4顆衛星的所有者將獲得整個星座的訪問許可。（詳情請看本刊2015年第7期）

歐洲氣象衛星系統即將向新一代過渡，與美國聯手增強國際氣象共享業務

2015年，歐洲現役的“第二代氣象衛星”系列全部發射完畢，下一代地球靜止軌道衛星項目進展順利。歐洲新一代氣象衛星將具有更先進的氣象觀測技術，提供更全面、精度更高的氣象數據和產品。此外，為進一步提高天基氣象觀測能力，歐洲氣象衛星組織（EUMETSAT）與美國NOAA簽署了“聯合極軌系統”（JPS）協議，增強國際合作，共享氣象業務。

吊裝歐洲第二代氣象衛星－4

2015年7月15日，歐洲“第二代氣象衛星”系列中的最后一顆衛星—第二代氣象衛星－4搭載阿里安－5（Ariane－5）運載火箭發射。在調試結束之后，第二代氣象衛星－4將更名為氣象衛星－11（Meteosat－11）并保存在軌道上，直至它取代其前任，以確保下一代—“第三代氣象衛星”（MTG）投入運行前的氣象數據連續性。2015年7月26日，ESA將第二代氣象衛星－4的控制權移交給了歐洲氣象衛星組織。

2015年12月，歐洲氣象衛星組織和美國國家海洋和大氣管理局簽署了一項關于“聯合極軌系統”的協議，計劃在2020－2040期間共享來自2個軌道衛星的觀測數據。這項協議將成為歐洲氣象衛星組織與美國國家海洋和大氣管理局戰略合作的新里程碑，為歐洲、美國和全世界的氣象團體帶來可觀的利益。按照該協議，雙方將建立和運行一個由歐洲氣象衛星組織的氣象業務－SG（MetOp－SG）衛星、美國國家海洋和大氣管理局的“聯合極軌衛星系統”（JPSS）組成的極軌系統，共享地面系統和服務。聯合運行將包括數據采集的交叉支持，以及通過歐洲和美國的斯瓦爾巴特群島（Svalbard）、斯匹次卑爾根群島（Spitzbergen）、麥克默多（McMurdo）和南極洲的地面站對飛行器的監測。氣象業務－SG和“聯合極軌衛星系統”將繼續分別運行在上午軌道和下午軌道，對全球進行更加快速的觀測，廣泛測量氣候、大氣成分、海洋和地面等要素，以進一步改善天氣預報的能力。

4 俄羅斯

2015年，俄羅斯發射了2顆民商用對地觀測衛星，其中老人星－ST（Kanopus－ST）衛星由于火箭分離系統故障而部分發射成功，只有電子－L2 （Elektro－L2）氣象環境探測衛星發射成功。

電子－L2于2015年12月11日發射，屬于電子－L系列衛星的第2顆。電子－L系列衛星為電子－1的后續型號，是俄羅斯發展的第二代地球靜止軌道氣象衛星，主承包商為俄羅斯拉沃奇金科研生產聯合體（NPO Lavochkin）。電子－L2的預定軌道為14.5°（W），而2011年1月發射的首顆電子－L1定位于76°（W）。電子－L主要有效載荷包括：多光譜掃描儀、太陽物理敏感器、星載數據采集系統和地球靜止軌道搜索與救援系統。其主要用途包括：提供大氣多譜段圖像和水文氣象數據，利用衛星全盤覆蓋提供地球表面圖像；收集日球層、電離層和磁層的數據；利用地面段設備對所有數據的傳輸和交換提供必需的通信服務；為地面段數據采集平臺（DCP）提供數據收集服務，并且提供搜索和救援服務。

俄羅斯電子－L2結構圖

5 其他國家或地區

韓國

韓國多用途衛星－3A于2015年3月25日升空，發射質量約1100kg，直徑2m，高3.8m，整星功率1.4kW，設計壽命4年。衛星運行于高528km的太陽同步軌道，降交點地方時為13：40。衛星有效載荷為德國研制的先進地球成像系統－A（AEISS－A）相機，該相機為推掃成像相機，采用同軸科爾斯（Korsch）反射成像系統，5塊反射鏡均由微晶玻璃制造，鏡片支撐結構由碳纖維增強復合材料制造。衛星成像幅寬12km，全色譜段范圍450～900nm，分辨率0.55m；多光譜譜段范圍450～520nm、520～600nm、630～690nm和760～900nm，分辨率2.2m；紅外譜段范圍3～5μm，分辨率5.5m。其中，紅外探測器采用碲鎘汞焦平面，由脈管制冷機冷卻在80K的工作溫度。

韓國多用途衛星－3A衛星在軌飛行示意圖

新加坡

2015年，新加坡2顆民商用對地觀測衛星升空，即完美－1（TeLEOS－1）光學成像衛星和肯特里奇-1（Kent Ridge－1）小衛星。

完美－1是新加坡首顆商業對地觀測衛星，于2015年12月16日搭乘印度空間研究組織（ISRO）的“極軌衛星運載火箭”（PSLV）成功發射。完美－1由新加坡新科電子衛星系統公司（ST Electronics）與新加坡南洋理工大學共同負責設計和研制，質量約400kg，運行在高550km、傾角15°的太陽同步軌道。衛星平臺具有敏捷機動能力，角速度為2.5（°）/s，衛星攜帶一個空間分辨率為1m的全色相機，幅寬達12km，測控鏈路采用S頻段，下行數據傳輸采用X頻段，設計壽命5年，用于災害與環境監測、海事航線安保、城市規劃及國土安全等。

肯特里奇-1是與完美－1一同發射的一顆小衛星，由新加坡國立大學研制。肯特里奇-1衛星質量約78kg，搭載2個主載荷：一臺中分辨率近紅外高光譜相機（地面采樣距離為44m）和一臺短波紅外高光譜相機（地面采樣距離為110m）。此外還搭載了一個次級載荷，是一臺實時的高分辨率（6m）視頻相機。通信模式上，遙測鏈路采用特高頻（UHF），下行數據傳輸采用X頻段。

新加坡首顆商業對地觀測衛星完美-1

印度尼西亞

2015年，印度尼西亞的1顆民用對地觀測衛星升空。

2015年9月28日，印度尼西亞的國家航空航天研究所－A2（LAPAN－A2）衛星由印度極軌衛星運載火箭－XL從提斯達瓦航天中心發射升空。該衛星由印度尼西亞國家航空航天研究院（LAPAN）于2012年開始研制，是2007年發射的“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術大學衛星”（LAPANTUBSAT）的后續星。印度尼西亞國家航空航天研究所－A2衛星軌道高度650km，質量68kg，星上攜帶了視頻相機組件、自動識別系統（AIS）等載荷。其中，視頻相機組件分辨率6m，由2臺相機組成，第1臺相機與“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術大學衛星”上的一樣，第2臺相機可進行數字輸出。自動識別系統可用于識別印度尼西亞水域的船舶。

6 結束語

2015年，全球民商用對地觀測衛星的能力進一步提升。在民用對地觀測領域，各國均在致力于發展其新一代衛星系統，在保持數據連續性的基礎上，試驗和開發新技術，提高數據性能，以更加適應未來科技的發展和需求的增加。環境探測衛星愈加受到重視，已成為人類解決資源、環境、人口和災害等問題不可缺少的重要手段。各國在按計劃發展后續衛星的同時，也在積極探索新概念和新技術，開發針對特定細分領域的專用環境探測衛星。在商業對地觀測領域，美國天空盒子成像公司（Skybox Imaging）、美國行星實驗室公司和加拿大地球直播公司（UrtheCast）作為國外初創商業對地觀測公司的典型代表，均已在各自新型對地觀測衛星系統的部署和產品銷售方面獲得重要進展，新興的商業小衛星技術、全新的衛星應用以及顛覆性的商業運營模式發展更加迅猛。全球覆蓋能力的繼續提高、市場規模的極速擴大，促使商業對地觀測衛星市場發生著巨大變革。