印度對地觀測衛星最新發展

吳延龍（中國空間技術研究院）

1　引言

印度于20世紀80年代開始著手獨立自主地發展對地觀測衛星技術，以獲得長期、連續的天基觀測能力，建立了“國家自然環境資源管理系統”（NNRMS）。印度利用有限的航天預算通過國際合作和自主研發建設了兩大系統，其中低地球軌道部分主要為“印度遙感衛星”（IRS）系列，地球靜止軌道部分為“印度衛星”（INSAT）系列，后來又因本國應用需要發展了“雷達成像衛星”（RISAT）系列等。隨著衛星種類和型號日益繁多，印度將IRS系列分為“制圖衛星”（CartoSat）、“資源衛星”（ResourceSat）和“海洋衛星”（OceanSat）三大系列。這些對地觀測衛星廣泛應用于農業、城市規劃、海洋制圖、災害監測、考古測量等多個領域，對印度的國防安全和國民經濟發展起到了巨大的推動作用。

為了促進航天領域的可持續發展，印度制定了連續的五年航天發展規劃，將航天作為提升印度國際地位和航天競爭力的重要戰略領域，將對地觀測作為重點發展領域；建立了完備的航天研究機構，不斷加大航天預算投入，通過寓軍于民、工業參與、國際合作等方式，全方位提升其航天競爭能力，對地觀測能力不斷提升，縮短了與美國、歐洲等世界航天強國的差距。

2　印度對地觀測衛星現役能力及未來發展

整體來看，印度目前的對地觀測衛星均由印度航天部出資和所有，由ISRO負責發展和運管，印度對外并不承認有軍用衛星，但從系統能力和應用來看，印度發展的CartoSat和RISAT衛星系列能應用于軍事領域，因此具有軍事屬性，但從衛星的所有方和投資方來看，印度至今發展的對地觀測衛星均為民用對地觀測衛星，但可應用于軍事領域。

截至2018年6月底，印度共有23顆對地觀測衛星在軌運行（14顆已經超期服役），約占國外在軌對地觀測衛星總數的4.2%，與絕對領先的美國存在較大的差距，與俄羅斯、日本數量相當。印度目前發展的對地觀測衛星主要包括CartoSat、OceanSat、ResourceSat、RISAT、INSAT等系列，同時還通過國際合作的方式發展了一些衛星，包括“薩拉爾”（SARAL）衛星、“熱帶云”（Megha-Tropiques）衛星等。

與美國、俄羅斯、歐洲等世界主要航天國家類似，印度也非常注重對地觀測能力的連續性，預先規劃了測繪制圖、資源監測、海洋應用、氣象應用等多類型、多手段的對地觀測衛星，目前這些衛星項目正在穩步推進，能力比現役系統更為先進。

印度后續對地觀測衛星發展計劃

CartoSat系列

CartoSat是IRS系統的三大系列之一，是印度發展的專用測繪衛星系列，為印度軍民用戶提供衛星測繪和制圖信息。印度2012年10月頒布《印度航天十二五規劃》，提出研制下一代CartoSat－3專用測繪衛星。在印度航天部“2013—2014財年撥款需求注意事項”中，CartoSat－3衛星作為獨立項目分配到200萬美元。CartoSat－3系列衛星與CartoSat－2系列相比，圖像質量更高，技術能力大幅提升，質量約600kg，將具有全色、多光譜、高光譜成像能力，最高分辨率達0.25m，達到世界先進水平。

RISAT系列

RISAT是印度發展的軍民兩用雷達成像衛星系列，能夠全天時、全天候進行高分辨率成像偵察，與光學成像衛星互為補充，主要為印度政府和軍方提供雷達圖像數據。印度的天基雷達成像技術并不成熟，其自主研發的RISAT－1和向外采購的RISAT－2衛星在某些方面還是存在差距，例如衛星過于龐大，超過了近5倍，主要是因為二者的設計方案不同所致。但在成像模式和極化方式等方面略勝一籌，更全面一些，但分辨率過低。印度已經規劃了RISAT－1A、3和4衛星。RISAT－1A為C頻段衛星，是RISAT－1的后繼星。據推測，RISAT－3衛星即為“十一五”期間規劃的L頻段SAR衛星，最高分辨率1.5m，幅寬10km。

ResourceSat系列

ResourceSat衛星系列的主要目標是為陸地和水域資源管理提供連續的圖像數據，2016年印度新發射了ResourceSat－2A衛星，是ResourceSat－2的后續任務，主要為用戶提供連續的數據服務。ISRO已規劃了后續2顆ResourceSat衛星，即ResourceSat－3和3A衛星，兩顆衛星基本相同。

OceanSat系列

OceanSat是印度發展的海洋觀測衛星，主要用于探測海洋環境，之前發射的2顆衛星OceanSat－1和2已經退役，但后續衛星還未研發完成，因此印度于2016年發射了SCATSAT－1衛星，用于接替OceanSat－2衛星上的掃描散射計，在OceanSat－3衛星發射前提供連續服務。SCATSAT－1衛星載有Ku頻段海洋散射計－2（OSCAT－2），是OceanSat－2星上散射計的改進型，用于獲取海洋表面風測量數據。印度原計劃2016年發射OceanSat－3衛星，但目前至少延遲到2018年。另外已經規劃在2022年發射與OceanSat－3相同的OceanSat－3A衛星。

INSAT系列

印度發射了氣象衛星INSAT－2013年，3D，用于替代2002年發射的MetSat－1衛星。與MetSat－1衛星相比，INSAT－3D衛星的成像系統顯著改善，在可見光和熱紅外波段具有更高的空間分辨率。2016年，印度又發射了與INSAT－3D衛星相同的INSAT－3DR衛星。印度計劃2022年發射INSAT－3DS衛星。INSAT系列專用氣象衛星載有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與大氣管理局（NOAA）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。

SARAL系列

印度和法國還于2013年合作發射了“薩拉爾”（SARAL）海洋探測衛星，其上搭載了世界上首臺Ka頻段雷達高度計（AltiKa），代表了世界最先進水平，提高了測高精度和水平分辨率。總的來說，SARAL衛星屬于新型雷達高度計的技術驗證衛星，將為后續衛星和相關技術的開發提供寶貴經驗和借鑒。

Environsat系列

環境是印度感興趣的新領域，ISRO計劃未來發射3顆“環境衛星”（Environsat），專用于監測溫室氣體和氣溶膠的排放。國家氣候與環境科學研究所（NICE）在印度空間研究組織及環境和森林部的倡議下，將提供4億盧比（870萬美元）的經費。NICE將安排100名科學家研究氣候變化對環境的長期影響，特別是對農業和水資源的影響。

GISAT衛星

印度早在“印度航天十一五規劃”（2007－2012年）中就提出要發展地球靜止軌道成像衛星，并于2012年開始啟動“地球靜止軌道成像衛星”（GISAT）的研制工作。2012年，GISAT衛星項目獲得5億盧比（910萬美元）的預算撥款，用于GISAT衛星的初步研究工作。

GISAT衛星用于提供感興趣區域和印度大面積區域的近實時圖像數據，加強對印度國防邊界的偵察和持續監視能力。GISAT衛星將搭載靜止軌道成像儀，具有可見光、近紅外和熱紅外多個譜段，分辨率為50m～1.5km。GISAT衛星可以每隔5min對選定的小面積區域進行1次成像，也可以每隔30min對印度整個國土范圍進行1次成像。發展地球靜止軌道成像衛星是解決成像衛星在時間分辨率、空間分辨率、衛星規模之間矛盾的一個有效途徑。

其他項目

此外，印度還規劃了“技術試驗衛星-高光譜”（TES-Hys），演示未來高光譜衛星的技術，以及用于災害管理的“動態多基合成孔徑雷達”（DMSAR）衛星項目。這兩顆衛星已在印度空間研究組織新的對地觀測任務預算范疇予以考慮，但2014年沒有預算撥款。

2016年7月，印度ISRO與美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）宣布聯合開發雙頻（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）。NISAR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。

3　小結

印度的航天發展起步并不早，通過持續發布5年規劃和穩定增長的預算投入，引導并促進航天事業穩步發展。至2017年，印度的“十二五”規劃就圓滿結束，印度已開始從5年規劃模式轉向更長遠的規劃方式，將制定長期愿景（15年路線圖）、中期規劃（7年國家發展計劃）和短期計劃（3年行動計劃），將規劃周期從5年擴展至15年，這種短、中、長相結合的規劃方式更有利于實現航天發展的長遠目標和航天技術能力的研發儲備。目前，印度已經構建了較為完備的天基對地觀測體系，但部分領域仍存在空白，如印度只有軍民衛星系統，缺少純商用系統，商業航天發展尚處起步階段，在由美、歐壟斷的國際對地觀測市場中份額較少；高分、中低分衛星兼備，光學、雷達、海洋、氣象衛星種類多樣，但缺少電子偵察衛星和視頻成像能力；在軌衛星規模不大，年度發射數量較少等。隨著印度瞄準國際領先水平，加速高分辨率遙感能力建設，其對地觀測體系完備度和能力都將進一步完善并提高。