2019年國外民商用對地觀測衛星發展綜述

陳塞崎 龔燃

（1中國航天科技集團有限公司 2北京空間科技信息研究所）

2019年，國外民商用對地觀測體系和能力日趨完備：民用對地觀測衛星保持穩定發展，各國持續穩步推進后續系統的建設與更新，同時積極發展實驗性小衛星技術；商業對地觀測衛星系統持續補給，重點發展高重訪頻次能力，兼顧高成像分辨率，業務類型多樣化拓展。

1 概述

2019年，國外民商用對地觀測衛星領域共進行了17次發射，成功將68顆衛星送入軌道（發射70顆，失敗2顆）。在發射主體方面，主要發射活動集中在美國，共發射了53顆，歐洲6顆，俄羅斯2顆，日本2顆，其他國家7顆。從衛星類型來看，光學對地成像衛星數量最多，為43顆（其中失敗2顆）；雷達對地成像衛星7顆；氣象環境探測衛星19顆；射頻信號接收定位衛星1顆1射頻信號接收定位衛星是近年來新出現的類別。。從用途來看，大部分為商用衛星，達58顆，民用衛星12顆。

截至2019年底，國外共有556顆民商用對地觀測衛星在軌運行，美國396顆，歐洲55顆，俄羅斯15顆，日本21顆，印度12顆，其他國家57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。按用途統計，民用衛星162顆，商用衛星394顆。

2 美國

2019年，美國民商用對地觀測衛星發展平穩，繼續保持著規模、技術及應用上的優勢。新一代靜止軌道和極軌民用氣象衛星計劃進展順利，成功部署多個環境監測衛星及載荷任務，啟動了多個環境監測領域任務，政府機構繼續開展商業環境監測數據的采購和評估；商業公司繼續加速其環境監測衛星星座的計劃，低成本高能力的新型遙感儀器不斷涌現。

下一代地球靜止軌道和極軌衛星計劃進展順利

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）在地球靜止軌道（GEO）和極地軌道均部署了先進的衛星。GEO軌道上，2018年3月1日發射的地球靜止環境業務衛星－17（GOES－17）經過一系列測試后，于2019年1月正式投入運行。極地軌道上，“聯合極軌衛星系統”（JPSS）系列的首顆星—諾阿－20（NOAA－20）已投入使用。

成功發射OCO－3專用溫室氣體探測載荷

5月，美國國家航空航天局（NASA）成功發射軌道碳觀測－3（OCO－3）專用溫室氣體探測載荷。OCO－3是NASA專用于溫室氣體探測的獨立載荷儀器載荷，安裝在“國際空間站”（ISS）的日本希望號實驗艙的艙外實驗平臺（JEM-EF）上，與2014年7月發射的OCO－2衛星一起，獲取高精度、高空間分辨率的全球CO2觀測數據。OCO－3載荷與OCO－1/2衛星載荷一樣，由3個高分辨率光柵光譜儀組成，可探測CO2和O2等氣體，空間分辨率1.29km，測量精度1ppm。

啟動多個環境監測立方體衛星任務

1月，美國環境保護基金會（EDF）授予鮑爾公司（PCC）和勞拉空間系統公司（SSL）研制合同，為一顆私人投資的“甲烷衛星”（MethaneSAT）進行開發設計，用于追蹤全球甲烷氣體人為排放情況。MethaneSAT衛星將對來自50個主要石油和天然氣地區、占全球產量80%的甲烷氣體排放進行監測。

2月，美國NASA啟動了一項用于土壤濕度和雪測量、名為“機會信號P頻段研究”（SNoOPI）的立方體衛星新任務。該任務計劃于2021年部署至低地球軌道（LEO）上，將首次對一種稱為“機會信號”的遙感技術進行在軌驗證，從GEO軌道上通信衛星的傳輸中來檢索對水分含量敏感的P頻段無線電信號。該研究對于早期洪水和干旱預警以及農作物產量預測非常重要。

8月29日，NASA授予雷神公司（Raytheon）建造地球靜止沿海成像和監測輻射計（GLIMR）。GLIMR是NASA選定的地球探險儀器－5（EVI－5）計劃，利用高光譜成像采集和處理來自電磁波譜的信息，以對沿海水域的物理和生物條件進行高度詳細制圖。GLIMR將為墨西哥灣、美國東南部海岸線和亞馬遜河流域的沿海和海洋生態系統提供高靈敏度、高空間和高時間分辨率的測量。

商業對地成像衛星持續補給、快速發展

光學對地成像方面，持續補給“鴿群”（Flock）、“狐猴”（Lemur）等微小衛星，形成數百顆衛星星座實現實時或近實時的對地觀測能力。美國行星公司（Planet）于4月和11月相繼部署2批32顆“鴿群”衛星，在軌衛星達到230顆；黑天全球公司（BlackSky Global）完成首批2顆衛星在軌測試，并發射黑天全球－3和4衛星。

合成孔徑雷達（SAR）衛星方面，美國卡佩拉空間公司（Capella Space）、美國約克空間系統公司（York Space System）已經發射雷達試驗星。約克空間系統公司的“先驅”（Harbinger）衛星于5月5日發射，總質量150kg，分辨率10m，載荷包括光通信系統，數率達到1Gbit/s。

3 歐洲

2019年，歐洲持續保持對地觀測領域的高投入，積極推進新型對地觀測系統的發展。歐盟委員會（EU）和歐洲航天局（ESA）聯合實施的“哥白尼”（Copernicus）計劃、ESA的“地球探索者”（Earth Explorer）計劃、歐洲氣象衛星應用組織（Eumetsat）的氣象衛星計劃繼續穩定部署；環境監測方面，意大利發射“高光譜應用先導任務”（PRISMA）衛星，推動高光譜成像衛星應用；同時，商業衛星公司廣泛開展合作，LEO軌道大型商業遙感小衛星星座快速發展，多個商業對地觀測衛星星座進行在軌試驗。

“哥白尼”項目獲得歐盟委員會的額外預算

1月，歐盟委員會宣布將為ESA額外撥款9600萬歐元資金用于“哥白尼”項目，包括開發哨兵－6（Sentinel－6）衛星以及新的數據訪問和信息服務。截至2019年底，在軌“哨兵”衛星共計7顆，包括2顆哨兵－1雷達成像衛星、2顆哨兵－2光學成像衛星、2顆哨兵－3陸地與海洋觀測衛星、1顆哨兵－5P衛星。“哨兵”系列衛星對天氣、土氣使用、空氣質量、農業以及可用于城市規劃和減少氣候變化的其它環境因素進行監測，產品數量已超過1018萬個，擁有超過17.3萬個注冊用戶，每天提供數太字節（TB）的海量數據，使“哥白尼”項目成為全球最大的對地觀測數據提供者。

ESA選定第9個“地球探索者”任務

9月，ESA選定“遠紅外輻射理解與監測”（FORUM）任務作為第9個“地球探索者”任務，用于填補其氣候觀測任務拼圖中最重要的一塊。FORUM任務目標是測量地球發射到太空的輻射，用于了解地球輻射平衡及其控制機理。FORUM任務提供的測量數據將能夠提高人們對氣候變化評估精度的置信水平，進而鞏固未來政策決策的基礎。按照計劃，FORUM任務將于2026年發射。

意大利部署首顆高光譜成像衛星

3月，意大利航天局（ASI）發射其首顆高光譜衛星—PRISMA，旨在驗證衛星高光譜載荷的成像能力。衛星有效載荷是1個高光譜/全色相機，采用推掃成像方式，具備高光譜成像和全色成像兩種工作模式。PRISMA衛星作為意大利第一顆高光譜衛星，意味著意大利正逐漸健全衛星成像體系，穩步提升衛星成像能力。

波蘭加速對地觀測衛星的建設

4月，波蘭成功發射了首顆遙感衛星—“斯威諾吉茨”（Swiatowid）衛星。該衛星也是波蘭第一顆商業小衛星，由波蘭衛星革命公司（Sat Relvolution）采用3D打印技術建造。衛星是一顆2U立方體衛星，搭載的相機能夠拍攝4m分辨率的圖像，可用于觀察水位上升、空氣狀態以及天氣變化。

此外，波蘭初創公司—KP實驗室公司（KP Lab）與克萊德航天公司（Clyde Space）簽署了價值不低于38.2萬美元的衛星研制合同，由后者負責為KP Lab公司設計的直覺－1（Intuition－1）衛星提供平臺研制及發射組織服務。Intuition－1衛星能夠進行高光譜成像，可利用深度神經網絡技術實現星上數據處理，可快速評估植被和森林狀況，評估作物產量，繪制城市污染圖等。衛星目前處于制造階段。

芬蘭冰眼公司小型SAR衛星持續部署

7月，芬蘭初創企業冰眼公司（ICEYE）成功發射冰眼－X4/X5（ICEYE－X4/X5）兩顆衛星，在軌衛星達到5顆。ICEYE衛星星座能監測不斷變化的海洋和海冰，跟蹤海洋漏油和幫助防止非法捕魚等，為用戶提供全球近實時更新的SAR圖像數據產品。冰眼公司已在2018年12月和2019年5月先后發射了ICEYE－X1/X2和ICEYE－X3衛星。2019年8月，該公司公開發售首批分辨率優于1m的SAR衛星圖像。

4 俄羅斯

2019年，俄羅斯在民商對地觀測衛星方面體系仍不完備，主要為補充現有“流星”（Metor）和“電子”（Electro）氣象衛星星座，并按照其重建天基氣象監測網絡的規劃繼續發展下一代民用靜止軌道氣象衛星、極軌氣象衛星、海洋衛星和極區氣象衛星計劃。

成功發射一顆新一代極軌氣象衛星

7月5日，俄羅斯成功發射流星－M2－2（Metor－M2－2）衛星，即新一代流星－M系列氣象衛星的第2顆。衛星搭載的載荷包括低分辨率多光譜掃描儀（MSU-MR）、多光譜成像掃描儀－2（KMSS－2）、微波成像儀/探測器（MTVZAGYa）、紅外傅立葉分光計－2（IKFS－2）、改進型救援無線設備（RK-SM-MKA）和無線中繼設備（BRK）。

成功發射一顆新一代地球靜止軌道氣象衛星

12月24日，俄羅斯成功發射電子－L3地球靜止軌道氣象衛星，即第2代GEO軌道氣象衛星的第3顆衛星，旨在為俄羅斯政府機構提供水文氣象信息。該衛星基于“導航者”（Navigator）平臺研制，主要有效載荷包括多光譜掃描儀（MSUGS）、太陽物理敏感器（GGAK-E）、星載數據采集系統（ODSS）和GEO軌道搜索與救援系統（GEOS&R）。

5 日本

對地觀測領域是日本航天政策提出的重點發展對象，目前已形成用于陸地觀測、氣象、溫室氣體、全球變化觀測等多個主打衛星系列，對地觀測能力較為先進，具有一定的在軌規模，同時，日本也在積極發展商業對地觀測衛星。

部署2顆民商用對地觀測小衛星

1月18日，日本東京大學成功發射一顆小型實驗性地球觀測科學和技術示范衛星，即合理－2（Hodoyoshi－2），又稱“快速國際科學實驗衛星”（RISESat）。衛星載有瑞典、捷克共和國等8個國家開發的科學儀器，包括：高精度望遠鏡（HPT）、雙波段光學瞬態攝像機（DOTCam）等。

12月11日，日本QPS研究所（iQPS）成功發射小型高分辨率SAR（合成孔徑雷達）地球觀測衛星系列的首顆，即QPS-SAR－1衛星，可以區分1m長的物體并識別道路上的汽車。

計劃發展商業合成孔徑雷達衛星星座

7月，日本初創企業Synspective公司表示已獲得來自12家公司的1億美元投資，正在計劃發展由25顆小衛星組成的、能夠日夜及穿透云層成像并實現全球覆蓋的SAR觀測星座，該星座稱為StriX，計劃2022年實現6顆衛星在軌，實現對亞洲主要城市的全面覆蓋，但并未公布完成整個星座部署的時間。

6 其他國家或地區

加拿大發射新一代雷達成像衛星星座，提升廣域監視和動態監測能力

6月，加拿大新一代雷達成像衛星星座—“雷達衛星星座任務”（RCM）的3顆衛星成功發射。RCM星座是RadarSat－2衛星的后續系統，具有高中低分辨率、低噪聲、聚束、全極化等多種成像模式，最高分辨率1m，還具有單軌干涉測量（InSAR）能力。RCM單星增加了“自動識別系統”（AIS）載荷，其與SAR載荷從數據采集到分發時間更短，可滿足不同應用領域的高時效要求。RCM通過星座組網實現高頻重訪和動態監測，每天重訪加拿大國土和附近海域，每天全球90%區域覆蓋，北極地區每天重訪4次，極大提升了加拿大軍方對海上航路的監控能力。

埃及成功發射埃及衛星－A對地觀測衛星

2月，埃及發展的第3顆埃及衛星－A（EgyptSat－A）對地觀測衛星成功發射。EgyptSat系列衛星主要用于采集埃及周邊地區的圖像，進行數字地圖繪制，礦物、水和其他資源評估，研究尼羅河上游情況以及災難管理等。EgyptSat－A衛星是2015年失聯的對地觀測衛星EgyptSat－2的改進型號，星上載有改進型光電系統、星載控制系統、高效高速星載無線電鏈路和太陽能電池。EgyptSat－A衛星的光學有效載荷與EgyptSat－2類似，其多光譜成像儀全色分辨率為1m。

韓國政府投資研發3顆遙感衛星，其中2顆將用于環境監測

5月，韓國科學技術信息通信部（MSIT）批準了3000億韓元（合計2.64億美元）用于研制3顆遙感衛星，開展資源管理、環境監視和空間科學應用。這3顆衛星是MSIT國家航天委員會2019－2025計劃的一部分，與韓國之前的衛星計劃不同，此項計劃中私營企業發揮主導作用，韓國政府和韓國航空宇宙研究院（KARI）等國家機構僅提供所需支持，輔助控制產品質量和可靠性。

7 結束語

當前，國外對地觀測衛星已進入新一輪創新發展和升級換代階段，已逐步形成立體、多維、高中低分辨率結合的全球綜合環境觀測能力，并穩步提升技術與應用水平。在此基礎上，商用衛星繼續壯大，更多的初創公司不斷涌現并開始部署自己的商業小衛星星座。在環境監測領域，小型衛星、商業立方體星座與大型衛星系統相結合，將是重要解決方案。同時，繼商業微納光學成像衛星后，商業微納雷達成像衛星星座成為國外爭相發展的熱點領域，國外多家初創公司積極推進發展商業微納SAR衛星星座技術，旨在大幅提高成像時間分辨率和數據獲取能力，借此占領數據及應用市場，其獲取的高時間分辨率的SAR數據，結合大數據技術將進一步促進后端傳統業務應用和新型服務的產業化、規模化發展。