歷時(shí)22 年，環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星星座打造成形

文/ 胡藍(lán)月

9月27日11時(shí)23分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號(hào)乙運(yùn)載火箭，以一箭雙星的方式成功發(fā)射環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B衛(wèi)星。

作為國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃中首批啟動(dòng)的遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星，此次發(fā)射的環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星，將接替在軌運(yùn)行12 年的環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星，以180 度的相對(duì)位置環(huán)繞于太陽同步軌道面，俯瞰華夏960 萬平方公里河山。

▲ 環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星成功發(fā)射

22 年，兩步走

中國地域遼闊，氣候、地形環(huán)境復(fù)雜，處于多個(gè)地質(zhì)板塊交匯處，是地震、臺(tái)風(fēng)、洪水、干旱、冰雪、森林火災(zāi)、泥石流、滑坡、農(nóng)林病蟲害、海洋災(zāi)害等多種自然災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)。

據(jù)研究顯示，中國70%以上的大城市、50%以上的人口、75%以上的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值分布在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，是世界上自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一。

遙感衛(wèi)星系統(tǒng)是應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測(cè)、減災(zāi)方面的最主要空間系統(tǒng)。1998 年環(huán)境保護(hù)部與國家減災(zāi)委員會(huì)共同提出“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座系統(tǒng)”建設(shè)方案，2002 年原國防科工委正式將“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”命名為“環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星”，并列入民用航天“十五”計(jì)劃和《中國航天白皮書》民用衛(wèi)星發(fā)展重點(diǎn)。

“環(huán)境一號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)是國務(wù)院批準(zhǔn)的專門用于環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，由兩顆光學(xué)衛(wèi)星一顆雷達(dá)衛(wèi)星組成，擁有光學(xué)、紅外、超光譜多種探測(cè)手段，具有大范圍、全天候、全天時(shí)、動(dòng)態(tài)的環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力。

考慮到中國的技術(shù)基礎(chǔ)、未來的技術(shù)發(fā)展及財(cái)政支撐能力，該星座采用分步實(shí)施戰(zhàn)略進(jìn)行建設(shè)，先期發(fā)射兩顆光學(xué)小衛(wèi)星和一顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星，組成環(huán)境一號(hào)“2+1”星座，初步形成對(duì)我國環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力；在此基礎(chǔ)上再擴(kuò)大規(guī)模，建立由4 顆光學(xué)小衛(wèi)星和4 顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星組成的“4+4”星座。

2008 年9 月，環(huán)境一號(hào)A、B 星以一箭雙星的方式在太原衛(wèi)星發(fā)射中心啟程，與4 年后升空的環(huán)境一號(hào)C 星，共同組成我國第一個(gè)專門用于環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的小衛(wèi)星星座。

隨后，國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，要構(gòu)建星座和專題衛(wèi)星組成的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，形成“高中低”分辨率合理配置、空天地一體多層觀測(cè)的全球數(shù)據(jù)獲取能力；加強(qiáng)地面系統(tǒng)建設(shè)，匯集高精度、全要素、體系化的地球觀測(cè)信息，構(gòu)建“大數(shù)據(jù)地球”。

根據(jù)對(duì)地觀測(cè)的領(lǐng)域，可以將遙感衛(wèi)星分為陸地、大氣和海洋三大系列，目前，中國已建成由陸地觀測(cè)、海洋、氣象等衛(wèi)星組成的空間對(duì)地觀測(cè)體系，衛(wèi)星數(shù)據(jù)逐步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用，數(shù)據(jù)自主保障和服務(wù)能力大幅提升，有力地推動(dòng)了中國衛(wèi)星規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

▲ 環(huán)境減災(zāi)一號(hào)A、B 衛(wèi)星模擬圖

24 小時(shí)不休息的“眼睛”

2020 年汛期突襲，甘肅隴南的強(qiáng)降雨相較來得格外迅猛，甘肅省應(yīng)急管理廳緊急協(xié)調(diào)對(duì)地觀測(cè)遙感衛(wèi)星對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行密集觀察成像，與災(zāi)前衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)精準(zhǔn)對(duì)比、研判災(zāi)情。

遙感衛(wèi)星像24 小時(shí)不休息的“眼睛”，活躍在災(zāi)害預(yù)報(bào)、救援處置、災(zāi)害損失評(píng)估測(cè)算各環(huán)節(jié)，成為自然災(zāi)害管理體系中的一員“得力干將”。老百姓可以在國家減災(zāi)網(wǎng)上看到對(duì)地遙感衛(wèi)星在全國各地的災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)情況，包括風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、恢復(fù)重建。

在遙感衛(wèi)星上天之前，我國環(huán)境監(jiān)測(cè)主要采用基于地面布點(diǎn)采樣的分析測(cè)量方法進(jìn)行，缺乏時(shí)空連續(xù)性，且費(fèi)用較高，難以全面、快速和準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)預(yù)警生態(tài)環(huán)境狀況及其發(fā)展趨勢(shì)。

環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星升空后，及時(shí)滿足了我國重點(diǎn)城市及區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息需求，衛(wèi)星主要用戶單位為國家減災(zāi)委、環(huán)境保護(hù)部，目的是加強(qiáng)我國環(huán)境保護(hù)工作、提高防災(zāi)減災(zāi)水平。

12 年后，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 衛(wèi)星用戶單位變更為應(yīng)急管理部、生態(tài)環(huán)境部，我國遙感衛(wèi)星的數(shù)量和質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍。

據(jù)國家應(yīng)急管理部公開資料介紹，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 衛(wèi)星將進(jìn)一步拓展我國應(yīng)急減災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，對(duì)于構(gòu)建空天地一體化全域覆蓋的災(zāi)害事故監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全面提升我國防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)和應(yīng)急管理能力水平具有重大戰(zhàn)略意義。

地平線升起新雙星

2008 年9 月升空的環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為3 年，最終在軌超期服役9 年。

星紀(jì)周天運(yùn),微陽氣候新。時(shí)隔12 年，同樣在秋高氣爽的9 月，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星從地平線上升起，進(jìn)入太陽同步軌道。

國家航天局負(fù)責(zé)環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星工程組織實(shí)施與管理，應(yīng)急管理部、生態(tài)環(huán)境部為牽頭用戶部門，衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)分別由中國航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國空間技術(shù)研究院、上海航天技術(shù)研究院抓總研制。

衛(wèi)星將主要用于支撐應(yīng)急管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，補(bǔ)充應(yīng)急管理衛(wèi)星資源，進(jìn)一步提升應(yīng)急管理業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)能力。

兩顆衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)相同，具備可見多光譜、高光譜和紅外遙感成像能力，與高分一號(hào)、高分六號(hào)衛(wèi)星協(xié)同觀測(cè)，對(duì)地觀測(cè)覆蓋周期可縮短至一天。兩顆衛(wèi)星同時(shí)支撐生態(tài)環(huán)境部業(yè)務(wù)需求，為我國生態(tài)環(huán)境、自然資源、水利、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、森林草原、地震等領(lǐng)域提供持續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)。

與環(huán)境一號(hào)A、B 星相比，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星有了飛躍式提升。兩顆新星采用CAST2000 公用衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)和產(chǎn)品體系，每顆衛(wèi)星配置有16 米相機(jī)、高光譜成像儀、紅外相機(jī)、大氣校正儀4 類光學(xué)載荷。

從衛(wèi)星平臺(tái)看，新雙星使用的平臺(tái)具備較寬的載荷適應(yīng)性，姿態(tài)控制、軌道機(jī)動(dòng)靈活，精度、穩(wěn)定度、壽命都更高。環(huán)境一號(hào)A、B 星使用的是CAST968 平臺(tái)，這是中國空間技術(shù)研究院的第一個(gè)小衛(wèi)星公用平臺(tái)，于20世紀(jì)末首次升空。隨后，該院組織開展了CAST2000 平臺(tái)的研發(fā)工作。

基于新平臺(tái)，該院先后研制發(fā)射了高分一號(hào)、環(huán)境一號(hào)C 衛(wèi)星、高分六號(hào)等型號(hào)衛(wèi)星，本次發(fā)射的環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 衛(wèi)星采用的也是此平臺(tái)。

環(huán)境一號(hào)A、B 星載荷略有不同，A 星光學(xué)有效載荷為2 臺(tái)寬覆蓋多光譜可見光相機(jī)和1 臺(tái)超光譜成像儀，B 星光學(xué)有效載荷為2 臺(tái)寬覆蓋多光譜可見光相機(jī)和1 臺(tái)紅外相機(jī)，雙星可形成對(duì)國土兩天的快速重訪能力。

接替工作的環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星，是兩顆技術(shù)狀態(tài)相同的光學(xué)對(duì)地遙感衛(wèi)星，16 米相機(jī)載荷由4 臺(tái)可見光CCD相機(jī)組成，比環(huán)境一號(hào)星的CCD 相機(jī)數(shù)量增加一倍，可見、紅外、高光譜數(shù)據(jù)空間分辨率提高了1～2 倍，同時(shí)在星上采用多種手段提升遙感數(shù)據(jù)精度。

▲ CAST 系列小衛(wèi)星平臺(tái)譜系

▲ 環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星攜帶載荷示意圖

星座組成“大家庭”

在環(huán)境監(jiān)測(cè)與減災(zāi)保護(hù)方面，我國已經(jīng)建成了具有一定規(guī)模的災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，中國目前已有氣象衛(wèi)星系列、海洋衛(wèi)星系列、資源衛(wèi)星系列等遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多種性能的對(duì)地觀測(cè)，在災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了很好的作用。

術(shù)業(yè)有專攻，面對(duì)復(fù)雜多樣的自然災(zāi)害及環(huán)境問題，風(fēng)云、資源、海洋等衛(wèi)星不具備全天候觀測(cè)能力，無法獲取云層下的災(zāi)情信息，在空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率及監(jiān)測(cè)時(shí)間尺度上，難以完全滿足災(zāi)害和環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)的需求。

環(huán)境一號(hào)C 星與環(huán)境一號(hào)A、B 星一同構(gòu)成“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”，這是我國繼氣象、海洋、資源衛(wèi)星系列之后發(fā)射的又一新型的民用衛(wèi)星系統(tǒng)。

環(huán)境一號(hào)A、B 星為光學(xué)遙感衛(wèi)星，環(huán)境一號(hào)C 星為合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，“2+1”星座可形成光學(xué)與雷達(dá)衛(wèi)星統(tǒng)籌的綜合衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，大大提高數(shù)據(jù)的空間解析能力。

按照“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座系統(tǒng)”兩步走方案中，第一步“2+1”星座已經(jīng)驗(yàn)證了我國在對(duì)地遙感觀測(cè)領(lǐng)域的能力，第二步由環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星和“高分一號(hào)”“高分六號(hào)”組成的“4+4”衛(wèi)星星座已經(jīng)初具雛形。

高分一號(hào)衛(wèi)星是高分專項(xiàng)的首發(fā)星，主要用戶部門為環(huán)境保護(hù)部以及國土資源部、農(nóng)業(yè)部。高分一號(hào)衛(wèi)星攜帶了具有高空間分辨率和寬覆蓋特征的CCD 相機(jī)，曾與環(huán)境一號(hào)A 星、B 星、C 星等衛(wèi)星數(shù)據(jù)在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)開展氣溶膠、顆粒物遙感監(jiān)測(cè)，可謂是環(huán)境減災(zāi)星座的老朋友了。

高分六號(hào)衛(wèi)星于2018 年升空，設(shè)計(jì)壽命8 年，現(xiàn)在正值“青壯年”。作為我國首顆用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測(cè)的低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星，高分六號(hào)與高分一號(hào)衛(wèi)星組成行程“2 米/8 米光學(xué)成像衛(wèi)星系統(tǒng)”，大幅提高對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原等資源監(jiān)測(cè)能力。

據(jù)環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星總指揮白照廣介紹，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B星入軌后，將與“高分一號(hào)”“高分六號(hào)”協(xié)同組網(wǎng)運(yùn)行，這是環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星首次開展衛(wèi)星項(xiàng)目間的融合協(xié)同，星座協(xié)同將提高衛(wèi)星利用率，整體提升我國對(duì)地遙感觀測(cè)效率。

▲ 環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 衛(wèi)星工作示意圖

參謀官，也是外交家

發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，時(shí)間就是生命，這要求遙感衛(wèi)星反應(yīng)迅速，并生產(chǎn)連貫的數(shù)據(jù)，為災(zāi)害后續(xù)工作打基礎(chǔ)。

環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星通過對(duì)災(zāi)害全過程的跟蹤，進(jìn)行連續(xù)的災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估，在汶川地震及大規(guī)模次生災(zāi)害、青海玉樹地震、舟曲特大山洪泥石流等重大自然災(zāi)害中，環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星都為后續(xù)抗災(zāi)和減災(zāi)活動(dòng)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星服役5 年后，據(jù)測(cè)算，衛(wèi)星投入使用后我國災(zāi)害監(jiān)測(cè)時(shí)效性提高3 ～6 倍，監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)大6 ～10 倍，應(yīng)用效益顯著。環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)目前已有效納入到災(zāi)害管理業(yè)務(wù)，成為減災(zāi)業(yè)務(wù)體系的重要組成部分。

正所謂“綠水青山才是金山銀山”，生態(tài)環(huán)境保護(hù)功在平常，利在千秋。環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星為環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、自然生態(tài)環(huán)境管理、環(huán)境應(yīng)急管理、核電廠核查等業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐，還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、礦業(yè)、城市、氣象、海洋、測(cè)繪、國土等領(lǐng)域。

環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星不僅是國內(nèi)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的“參謀官”，還是國際空間技術(shù)減災(zāi)領(lǐng)域的“外交家”。

2007 年5 月，我國以國家航天局的名義加入空間與重大災(zāi)害國際憲章組織，為全球?yàn)?zāi)害監(jiān)測(cè)提供服務(wù)，國家減災(zāi)委作為該機(jī)制在中國的授權(quán)用戶，為減災(zāi)合作憲章進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)。

發(fā)射升空后，環(huán)境一號(hào)A、B 衛(wèi)星在接下來幾年得到了受災(zāi)國家和國際組織高度贊揚(yáng)，澳大利亞森林草原大火、海地地震、智利地震、危地馬拉火山噴發(fā)、巴基斯坦洪澇、委內(nèi)瑞拉洪澇等重大國際災(zāi)害事件中，都有我國衛(wèi)星提供遙感數(shù)據(jù)支持。

中國在自主提升對(duì)地遙感衛(wèi)星應(yīng)用水平的同時(shí)，也與其他國家協(xié)同合作，共同利用空間資源，構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。

自提出“一帶一路”倡議以來，衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)服務(wù)高技術(shù)、低成本、接地氣，衛(wèi)星遙感服務(wù)“一帶一路”建設(shè)，不僅給相關(guān)國家?guī)砹藢?shí)實(shí)在在的合作紅利，也為世界貢獻(xiàn)了防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)、應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)的智慧與力量。

中國的航天實(shí)力有目共睹，2018年度、2019 年度我國航天發(fā)射次數(shù)連續(xù)兩年位居世界第一，從酒泉、太原、西昌再到文昌，各大發(fā)射場能力不斷提升；從民用遙感衛(wèi)星到商業(yè)遙感衛(wèi)星出現(xiàn)了國企和民企百舸爭流的局面。

2020 年中國還將續(xù)寫航天傳奇，環(huán)境減災(zāi)二號(hào)A、B 星將延續(xù)建設(shè)航天強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感資料的應(yīng)用效益，服務(wù)于國計(jì)民生，為全球自然災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境和氣候變化監(jiān)測(cè)貢獻(xiàn)中國科技力量。