國外民商用對地觀測衛星發展回顧

徐冰 龔燃 何慧東（北京空間科技信息研究所）

國外民商用對地觀測衛星發展回顧

2016 Year in Review: Foreign Civilian and Commercial Earth Observation Satellites

徐冰 龔燃 何慧東
（北京空間科技信息研究所）

2016年，國外共進行了17次民商用對地觀測衛星發射，成功將79顆衛星送入軌道（46顆由火箭直接發射入軌，25顆從“國際空間站”釋放，8顆隨飛船再入釋放），另外1顆隨飛船再入釋放失敗。從整體來看，2016年，民商用對地觀測衛星發射次數和發射數量都較2015年有所增加，這主要歸因于新興商業圖像供應商發射的微納衛星數量的增多。

2016年國外民商用對地觀測衛星發射活動概覽

1 衛星發射與在軌統計

在衛星發射方面，主要集中在美國，共發射了62顆，歐洲、印度各發射了4顆，阿根廷、阿爾及利亞各發射了2顆，俄羅斯、日本、朝鮮、菲律賓、印度尼西亞、加拿大各發射了1顆。從衛星類型來看，光學對地成像衛星數量最多，為49顆，雷達對地成像衛星1顆，環境探測衛星共30顆（其中氣象環境探測衛星16顆，海洋環境探測衛星3顆，其他環境探測衛星11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26顆。

截至2016年底，國外共有245顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中，美國119顆，歐洲40顆，俄羅斯8顆，日本13顆，印度19顆，其他國家46顆。美國仍是擁有民商用對地觀測衛星最多的國家，并且在數量和能力上占有絕對優勢。

從衛星類型來看，截至2016年底，國外在軌運行的光學對地成像衛星共有142顆、雷達對地成像衛星13顆、氣象環境探測衛星50顆、海洋環境探測衛星6顆、其他環境探測衛星34顆。由此可見，光學對地成像衛星數量最多，主要因為美國發射了大規模的商業光學對地成像小衛星星座。

從衛星用途來看，截至2016年底，國外在軌運行的共有民用對地觀測衛星139顆，約占57%；商用對地觀測衛星106顆，約占43%。相比2015年36%的比例，2016年商用對地觀測衛星無論是從絕對數量上還是占比上，都有所提高。可以看出，商業化是民商用對地觀測領域的一個發展趨勢。

2016年，國外民用和商用兩大類對地觀測衛星的方向愈加清晰、特點愈加分明∶民用對地觀測衛星普遍進入更新換代階段，下一代衛星系統性能更加優異，應用更為廣泛和綜合；商用對地觀測衛星以新興商業對地觀測公司發展的商業小衛星星座最為活躍，在軌星座規模不斷擴大，同時更多的初創公司提出發展新型的商業遙感小衛星星座。從國家維度來看，2016年，美國、歐洲、俄羅斯、日本和印度等國家/地區都部署了新一代對地觀測衛星系統，其他新興國家通過合作提高本國的對地觀測衛星研制能力。

2 各國民商用對地觀測衛星發展回顧

美國

2016年，美國共進行了8次民商用對地觀測衛星發射，成功發射61顆衛星，另外1顆釋放失敗。截至2016年底，美國共計有119顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中，光學對地成像衛星78顆，氣象環境探測衛星25顆，其他環境探測衛星16顆。按用途劃分，民用衛星29顆，商用衛星90顆。

截至2016年底國外民商用對地觀測衛星在軌數量（左為按國家統計、右為按類型統計）

（1）數字地球公司按計劃部署世界觀測－4，同時進軍小衛星對地觀測市場

11月11日，美國數字地球公司（DigitalGlobe）成功發射世界觀測－4，這是該公司的第2顆0.3m分辨率的光學成像衛星，其與世界觀測－3具有相似的能力，2顆衛星部署在相同的軌道高度，提高重訪概率。世界觀測－4投入運行后，將進一步增強該公司在商業衛星遙感市場中的競爭力。與其他4顆衛星組成星座后，重訪頻次達4.5次/天，可保障對熱點地區的高分辨率觀測能力。

2016年2月，數字地球公司與沙特阿拉伯政府簽訂合作協議，聯合研制光學對地觀測小衛星星座，衛星數量至少6顆，分辨率優于1m，計劃于2018年和2019年發射。該星座能夠使用該公司現有的地面設施進行簡易操作，并為該公司的地理空間大數據平臺提供圖像數據來源。

美國世界觀測－4在軌飛行示意圖

（2）商業遙感小衛星公司繼續擴大在軌星座規模，新型星座繼續涌現

2016年，行星公司（Planet）成功部署了32顆鴿群－2系列衛星，使“鴿群”在軌衛星數量達到55顆。鴿群－2均為3U立方體衛星，采用標準化平臺，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，分辨率3～5m。

美國黑天全球公司的高分辨率光學遙感星座的首發星黑天探路者－1在軌飛行示意圖

特拉貝拉公司（Terra Bella）加速星座建設步伐，2016年成功部署了5顆新一代天空衛星－C，具備0.9m全色分辨率、2m多光譜分辨率和視頻成像能力。與上一代衛星相比，天空衛星－C質量增加至120kg，帶有推進系統，設計壽命超過10年。

黑天全球公司（BSG）推出的由60顆小衛星構成的高分辨率光學遙感星座的首發星—黑天探路者－1于9月26日成功發射，質量44kg，設計壽命3年，帶有推進系統，分辨率1m。該公司計劃于2020年完成星座建設，屆時可在90min內響應用戶的成像需求。

美國斯派爾公司（Spire）成功部署了12顆狐猴－2衛星，另有1顆衛星在飛船再入過程中釋放失敗，目前共有16顆狐猴－2在軌運行。“狐猴”基于3U立方體衛星設計，采用GPS無線電掩星技術獲取氣象數據。斯派爾公司計劃將星座規模擴展至100顆以上。除該公司外，美國地理光學公司（GeoOptics）和行星智能公司（PlanetiQ）等也提出了商用氣象衛星系統發展計劃。美國眾議院軍事委員會于2016年4月發布了一項國防部授權法案，將撥款300萬美元，用于空軍研判商業氣象數據是否能夠廣泛滿足國防部的氣象需求。此次法案的提出將力促美國五角大樓加快步伐，將可用的商業數據應用于美國軍方。

2016年12月，嘉佩樂航天公司（Capelle Space）提出將建設30顆合成孔徑雷達（SAR）成像小衛星組成的星座，計劃在未來3～4年內部署完成，星座將全天時、全天候提供每小時更新的全球圖像數據，為商業用戶提供價格可承受的、高時效性的高分辨率圖像。該公司計劃2017年發射首顆衛星，這將是美國首顆商業合成孔徑雷達成像衛星。

（3）首顆第三代地球靜止軌道氣象衛星成功發射，探測能力更為先進

11月19日，美國新一代“地球靜止環境業務衛星”系列的首顆衛星—地球靜止環境業務衛星－R發射升空。該衛星是美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）運行與管理的第三代“地球靜止環境業務衛星”。與上一代相比，第三代“地球靜止環境業務衛星”系列具有更高的空間分辨率和更快速的覆蓋能力，可用于更精確的氣象預報和閃電活動的實時制圖，并提高了對太陽風暴活動的監測水平。第三代“地球靜止環境業務衛星”共包括4顆衛星，待全部部署完畢后，美國國家海洋和大氣管理局的地球靜止軌道衛星氣象數據獲取能力將可持續至2036年。

美國地球靜止環境業務衛星－R在軌飛行示意圖

（4）研究機構和大學利用微納衛星開展更廣泛的科學研究

2016年11月11日，“拉文”隨世界觀測－4衛星一同發射，屬于3U立方體衛星，由美國航空航天局（NASA）地球科學技術辦公室資助，約翰霍普金斯大學研制，用于演示測量地球輻射不平衡所需的衛星技術。

2016年12月，NASA成功發射“颶風全球導航衛星系統”8星星座，這是NASA的首個科學小衛星星座，屬于NASA“地球系統科學探路者”（ESSP）計劃的一部分。該星座將通過測量此前未知的重要信息，深入認識熱帶氣旋和颶風的形成以及強度，改善對颶風強度、軌跡和風暴潮的預報。

（5）陸地衛星－9開始研制，計劃于2020年發射

2016年10月，NASA與軌道-ATK公司簽訂了陸地衛星－9（Landsat－9）的研制合同。根據合同，該公司將負責衛星研制、衛星集成、發射支持及初期軌道運行等。陸地衛星－9將基于該公司的低地軌道星－3（LEOStar－3）衛星平臺研制，具有與陸地衛星－8相同的職責，作為美國陸地成像項目的重要組成部分，提供連續、長期的觀測能力。

歐洲

2016年，歐洲共進行了4次民商用對地觀測衛星發射，成功發射了4顆衛星，均為民用衛星。截至2016年底，歐洲共計40顆民商用對地觀測衛星在軌工作，包括光學對地成像衛星11顆、雷達對地成像衛星8顆、氣象環境探測衛星8顆、海洋環境探測衛星3顆、其他環境探測衛星10顆。按用途劃分，民用衛星34顆，商用衛星6顆。

（1）歐洲“哥白尼”計劃穩步推進，專用“哨兵”衛星陸續部署

汽側調節通過調節暖風器的加熱蒸汽量來調節空氣預熱器空氣入口壁溫。汽側調節的蒸汽，比容大，容積通流量較大，調節閥的口徑較大，調節閥的開關行程也較大，其調節精度較高。但由于蒸汽調節為節流調節，在減少蒸汽量的同時，蒸汽壓力降低后，其對應的飽和溫度也隨之降低，節流造成熱能損失后再進行傳熱，由此需要增大暖風器換熱面積。另外，對于每臺爐設2臺暖風器的，由于蒸汽管道到2臺暖風器的距離不同，阻力也相差較大，建議對每臺暖風器各設一個調節閥，或者通過管道布置，把從匯合母管至每臺暖風器的阻力相當，以便到2臺暖風器的汽量相當。汽側調節暖風器汽水去除氧器和去擴容器的系統圖分別如圖1、圖2所示。

2016年，“哥白尼”（Copernicus）計劃繼續穩步推進，一方面按計劃部署衛星，另一方面授出后續衛星研制合同，確保服務的連續性。

歐洲哨兵－3A（左）和哨兵－1B（右）在軌飛行示意圖

2月17日，歐洲成功發射哨兵－3A。該衛星為全球海洋和陸地監測衛星，也是哨兵－3任務的首顆衛星，帶有多種光學儀器和地形學儀器，獲取地球表面的近實時測量數據，以及開放海域、海岸、冰蓋、河流和湖泊的高精度測高數據。

4月25日，歐洲成功發射哨兵－1B，哨兵－1B與哨兵－1A性能相同，獲取高分辨率和中分辨率陸地、沿海和冰的測量數據。哨兵－1雙星相位相差180°，可在6天內覆蓋全球，首次形成雙星觀測星座，生成的融合圖像可用于探測地球斷層發生的微小變化。

2016年初，歐洲航天局（ESA）分別和空客防務與航天公司（ADS）、泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）簽訂價值2.85億歐元和4.5億歐元的合同，這兩家公司將繼續為ESA研制2顆哨兵－2C/2D和2顆哨兵－3C/3D。此外，哨兵－1C/1D的合同已于2015年底完成簽署，由泰雷茲-阿萊尼亞航天公司負責研制。每個系列的哨兵－C/D計劃于2021年后開始發射，以保持數據的連續性。

（2）法國與美國聯合研制的賈森－3海洋環境衛星成功發射

美法聯合研制的賈森－3衛星在軌飛行示意圖

1月17日，賈森－3海洋地形測量衛星搭乘獵鷹－9（Falon－9）運載火箭發射升空。賈森－3是賈森－2的后續任務，每10天可完成對全球95%表面的冰/海洋探測，提供更精確的氣象預報數據。星上雙頻雷達高度計用于繪制海表地形圖、計算海洋表面流速度、測量海浪高度和風速。

（3）德國再次發射火災監測衛星

6月22日，德國航空航天中心（DLR）的“柏林紅外光學系統”衛星成功發射，作為“火鳥”（FireBird）星座的一部分，主要目標是檢測高溫事件，如火災、火山爆發等，還進行一系列技術演示。

9月15日，空客防務與航天公司宣布正在設計和建造由4顆相同的超高分辨率光學衛星組成的星座系統，計劃于2020－2021年發射，用于接替“昴宿星”（Pleiades）星座，衛星性能略有提升。該星座完全由空客防務與航天公司投資、設計、建造和運行，能夠實現地球上任意地點1天內重訪，將面向未來市場的需求，為用戶提供新應用，例如商業情報和分析等。

（5）歐洲研制全球首顆業務型P頻段雷達衛星，計劃于2021年發射

5月3日，空客防務與航天公司英國分公司宣布，將在ESA授予的一份價值2.29億歐元（合2.6億美元）的合同下，負責研制“生物量”（BIOMASS）衛星，其將成為全球首顆業務型P頻段合成孔徑雷達衛星。衛星采用“天體平臺”（AstroBus）中型衛星平臺，P頻段合成孔徑雷達載荷具有極化合成孔徑雷達（PolSAR）、極化干涉合成孔徑雷達（PolInSAR）和層析成像合成孔徑雷達（TomoSAR）3種模式。

ESA的“生物量”衛星在軌飛行示意圖

俄羅斯

2016年，俄羅斯僅發射了1顆資源－P3民用光學對地成像衛星。截至2016年底，俄羅斯共有8顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中光學對地成像衛星5顆、氣象環境探測衛星3顆。按用途劃分，民用衛星7顆，商用衛星1顆。

資源－P3是一顆集全色、多光譜和高光譜成像能力的光學對地觀測衛星，為俄羅斯自然資源與環境部、應急部門，以及農業、漁業、林業和氣象等機構提供服務。衛星設計和載荷能力與資源－P1、P2基本相同，側擺能力略有提高，最高分辨率1m。

日本

2016年，日本僅進行了1次民商用對地觀測衛星發射，即向日葵－9民用氣象環境探測衛星。截至2016年底，日本共有13顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中光學對地成像衛星4顆、雷達對地成像衛星1顆、氣象環境探測衛星3顆、其他環境探測衛星5顆。按用途劃分，民用衛星12顆，商用衛星1顆。

向日葵－9是日本第三代地球靜止軌道氣象衛星，將在軌待機直至2022年，之后將接替向日葵－8提供氣象觀測服務。與上一代衛星相比，向日葵－9的可見光和紅外譜段分辨率均提升了1倍，分別達到0.5km和2km；增加多光譜譜段；設計壽命達到15年；全球觀測時間縮短到10min。

日本第二代地球靜止軌道氣象衛星向日葵－9在軌飛行示意圖

印度

2016年，印度進行了4次民商用對地觀測衛星發射，均為民用衛星。截至2016年底，印度共有19顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中光學對地成像衛星8顆、雷達對地成像衛星2顆、氣象環境探測衛星5顆（其中包括2顆“印度衛星”氣象與通信共用衛星）、海洋環境探測衛星3顆、其他環境探測衛星1顆。這19顆衛星均為民用衛星。

經過2015年沉寂后，2016年印度在對地觀測領域取得了較多的進展。一方面，多顆衛星換代部署，能力水平進一步增強。印度制圖衛星－2C的發射，使印度光學成像能力進一步增強。12月7日發射的資源衛星－2A，在衛星構型和載荷能力方面與資源衛星－2基本相同，將為用戶提供連續的數據服務。9月8日，印度發射了第二顆氣象專用衛星—印度衛星－3DR，該衛星是印度衛星－3D的后續星，載有6通道成像儀和19通道探測儀氣象載荷，獲取的數據與美國國家海洋和大氣管理局共享，換取美國的氣象觀測數據，加強印度的數據產品，縮短滯后時間。9月26日，印度發射了散射計衛星－1，用于接替海洋衛星－2（OceanSat－2）上的掃描散射計，在海洋衛星－3于2018年發射前提供連續服務。衛星獲取的海洋表面風測量數據用于研究海洋-大氣的相互作用、氣候進化、颶風監測，跟蹤植被、土壤濕度、極地海冰、移動冰山的變化，還用于氣象業務模型等方面。

另一方面，通過國際合作發展衛星系統和技術。2016年7月，印度空間研究組織（ISRO）宣布正與NASA聯合開發雙頻（L和S頻段）合成孔徑雷達成像衛星，命名為“NASA-ISRO合成孔徑雷達”（NISAR），計劃于2021年發射。該衛星獲取的L和S頻段數據可應用于眾多領域，包括自然資源測繪和監測，評估農作物整個生長周期，評估土壤濕度，監測洪水和浮油，監測海岸侵蝕、海岸線變化和沿海水域風的變化，評估紅樹林，研究地表變化等。

其他國家或地區

2016年，其他國家或地區共進行了5次民商用對地觀測衛星發射，發射了8顆民商用對地觀測衛星，其中民用衛星6顆，商用衛星2顆。截至2016年底，其他國家或地區共有46顆民商用對地觀測衛星在軌運行，其中光學對地成像衛星36顆、雷達對地成像衛星2顆、氣象環境探測衛星6顆、其他環境探測衛星2顆。按用途劃分，民用衛星38顆、商用衛星8顆。

（1）菲律賓首顆國產對地觀測衛星成功發射

3月22日，美國“天鵝座”（Cygnus）貨運飛船搭乘宇宙神－5（Atlas－5）火箭發射升空，將26顆對地觀測微納衛星送入“國際空間站”，其中包括菲律賓的首顆對地觀測衛星蒂瓦塔－1，該衛星于4月27日釋放入軌。

蒂瓦塔－1是菲律賓的首顆國產微衛星，由菲律賓研發人員在日本北海道大學和日本東北大學技術專家的指導下設計、開發并組裝而成。該衛星最高分辨率3m，主要用于改進氣象預測、災害管理、采礦、保護歷史遺址，以及維護菲律賓邊境安全等。目前，菲律賓正在開發蒂瓦塔－2，計劃2017年發射。

（2）印度尼西亞繼續發射民用光學成像微衛星

6月2 2日，印尼國家航空航天研究所（LAPAN）研制的印尼國家航空航天研究所－A3（LAPAN－A3）微衛星發射升空。該衛星屬于印尼國家航空航天研究所與柏林工業大學的微衛星項目，目的是培訓印尼從事微衛星研發、制造和管理的工程人員。該衛星具有多光譜和視頻成像能力，主要用于土地利用、自然資源和環境監測等領域。

（3）阿爾及利亞發射2顆民用光學成像后續星

9月26日，阿爾及利亞航天局（ASAL）的2顆“阿爾及利亞衛星”成功發射。阿爾及利亞衛星－1B為中分辨率光學對地成像衛星，由阿爾及利亞航天局和薩瑞衛星技術有限公司（SSTL）聯合研制，是32m分辨率阿爾及利亞衛星－1A的后續任務，分辨率提高到12m。阿爾及利亞衛星－2B由空客防務與航天公司研制，全色分辨率2.5m，主要用于地圖制作、農業管理、資源管理、環境監測和災難管理等領域。

（4）朝鮮成功發射光明星－4，入軌后即失效，衛星技術仍不成熟

2月7日，朝鮮利用銀河－3（Unha－3）運載火箭發射了光明星－4光學對地成像衛星，衛星由朝鮮國家宇宙開發局（NADA）研制，衛星入軌后開始姿態翻滾導致失效。據報道，衛星質量200kg，可能與光明星－3－2類似，帶有對地觀測載荷和無線電載荷。

（5）加拿大發射溫室氣體監測衛星

6月22日，溫室氣體衛星－D成功發射，該衛星是溫室氣體衛星公司（GHGSAT）和多倫多大學共同研制的微衛星，主要目標是演示適用于小型衛星平臺的新一代溫室氣體監測載荷，主要觀測二氧化碳和甲烷，后續衛星將觀測氮硫氧化物。形成星座運行后，提供精度較高、成本低、近實時的數據產品。

（6）阿根廷衛星邏輯公司開始部署低成本、高分辨率商業遙感微納衛星星座

5月30日，阿根廷衛星邏輯公司（Satellogic）發射了阿列夫－1（Aleph－1）對地觀測小衛星星座的首批2顆業務衛星阿列夫－1和2。單星質量37kg，能夠獲得1m分辨率的多光譜圖像。阿根廷衛星邏輯公司計劃制造和發射300顆對地觀測小衛星并構建星座，實現5min內對全球任意位置重訪，提供包括農業應用、油氣管線監控、災害響應、商業分析等多種應用。

（7）加拿大地球直播公司和美國歐姆尼地球公司合作建立“每日地球”星座

8月2日，加拿大地球直播公司（UrtheCast）和美國歐姆尼地球公司（OmniEarth）達成協議，就加拿大地球直播公司提出的“每日地球”（UrtheDaily）星座展開合作，合作事項包括共同研發系統、知識產權共享，以及聯合開展消費者市場營銷活動。“每日地球”星座預計每天能夠拍攝1.4×108km2的全球陸地圖像，地面分辨率約為5m。

（8）韓國開啟韓國多用途衛星－3A商業服務，銷售0.5m分辨率圖像

7月6日，韓國衛星技術研究中心開創公司（S I）宣布開始銷售韓國多用途衛星－3 A（Kompsat－3A）的光學圖像，使韓國成為全球第6個擁有0.5m光學分辨率衛星系統的國家，以及全球第2個公開銷售0.5m分辨率衛星圖像的國家。

3 發展趨勢

傳統大國民用對地觀測衛星換代部署，新興航天國家通過合作提高能力

目前，民用對地觀測衛星的五大體系正在繼續成熟和完善，美國、歐洲、俄羅斯、日本、印度等國家/地區已經開始部署新一代的對地成像和環境探測衛星系統，其能力與上一代相比更為先進，后續系統已開始研制，確保民用對地觀測業務的穩定和可持續發展。阿爾及利亞、印度尼西亞、菲律賓等國家通過合作的方式，不斷提高本國對地觀測衛星研制能力和水平。此外，環境探測衛星同時向綜合化和精細化兩個方向發展，綜合多種探測手段，探測精度不斷提高，觀測譜段不斷擴展，探測要素不斷細化。

傳統商業遙感領域有序發展，新興商業遙感領域發展強勁

美國的商業遙感發展仍然最為成熟。一方面，傳統的商業遙感公司美國數字地球公司按計劃部署世界觀測－4，進一步提高在高分辨率商業遙感市場中的競爭力，同時與沙特阿拉伯合作構建小衛星星座，開始進軍小衛星對地觀測市場。另一方面，行星公司、特拉貝拉公司、斯派爾公司等初創商業遙感衛星公司繼續部署衛星，進一步擴大在軌星座規模。同時，黑天全球公司、嘉佩樂航天公司等更多初創公司參與進來，提出發展新型的商業遙感小衛星星座。其他國家也不甘落后，阿根廷、加拿大等國家的商業遙感衛星公司已開始發展商業遙感小衛星星座。