2020 年國外民商用對地觀測衛星發展綜述

龔燃（北京空間科技信息研究所）

2020 年，國外民商用對地觀測衛星系統和體系日趨完備，規模和能力穩步提升。民用對地觀測衛星領域發展平穩，美國“對地觀測系統”（EOS）、歐洲“哥白尼”（Copernicus）系統等主要民用對地觀測衛星系統穩定運行，確保環境監測數據的連續性；商用對地觀測衛星領域發展躍升，新型業務不斷拓展，技術蓬勃發展，服務時效性和產品多樣性顯露優勢。

1 概述

2020 年，國外民商用對地觀測衛星領域共進行了25 次發射，共發射104 顆衛星（成功96 顆，失敗8 顆）。在發射主體方面，主要發射活動基本集中在美國，共發射了70 顆（失敗5 顆），歐洲12 顆（失敗1 顆），日本3 顆（失敗1 顆），其他國家19 顆（伊朗失敗1 顆）；從衛星類型來看，光學對地成像衛星數量最多，為67 顆（失敗8 顆），其次為氣象環境探測衛星、雷達對地成像衛星、射頻信號接收定位衛星、海洋環境探測衛星及其他環境探測衛星；從衛星用途來看，商用衛星94 顆，民用衛星10 顆。

截至2020 年底，國外共有556 顆民商用對地觀測衛星在軌運行。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，光學對地成像衛星數量最多，為322顆，其次為氣象環境探測衛星、雷達對地成像衛星、射頻信號接收定位衛星及海洋環境探測衛星，其他環境探測衛星為36 顆；從衛星用途來看，民用衛星174 顆，商用衛星382 顆。

2020 年國外民商用對地觀測衛星成功發射數量（按類型統計）

截至2020 年底，國外民商用對地觀測衛星在軌數量（按國家統計）

截至2020 年底，國外民商用對地觀測衛星在軌數量（按類型統計）

2 美國

2020 年，美國成功發射了65 顆民商用對地觀測衛星，其中沒有民用衛星，全部為商用衛星。截至2020 年底，美國共有362 顆對地觀測衛星在軌運行。從衛星類型來看，光學對地成像衛星213 顆，雷達對地成像衛星3 顆，氣象環境探測衛星126 顆，海洋環境探測衛星1 顆，其他環境探測衛星16 顆，射頻信號接收定位衛星3 顆；從衛星用途來看，民用衛星37 顆，商用衛星325 顆。

2020 年，美國雖未發射民用對地觀測衛星，但在持續研發用于下一代衛星的新概念與新技術；商用對地觀測衛星方面，大、小衛星系統差異化發展，大型衛星穩步升級和更新換代，小型衛星在穩定部署的基礎上不斷拓展新型業務產品。

NASA 持續發展新一代可持續陸地成像技術

9 月， 美 國 國 家 航 空 航 天 局（NASA） 表示已選擇鮑爾航空航天公司（Ball Aerospace Technologies）進行三項研究，包括衛星在軌定標、新材料創新定標以及緊湊型多光譜紅外輻射計設計，對將應用于下一代陸地衛星－ 9（Landsat － 9）項目的新型可持續陸地成像（SLI）技術進行開發和演示，以驗證遙感儀器創新耐用和精準定標的可行性。

Landsat－9 計劃于2021 年發射，將很大程度上復制目前在軌運行的Landsat－8，以減少陸地成像數據斷檔的風險，衛星成像能力更高，包括輻射分辨率與幾何精度，且壽命更長、定標精度更高。Landsat－9 攜帶2 臺有效載荷儀器，包括業務陸地成像儀－2（OLI－2）和熱紅外遙感器－2（TIRS－2）。其中，TIRS－2 采用了新型光學組件，可以保護儀器免受雜散光的影響，且采用了冗余設計，壽命延長至5 年以上（之前為3 年）。目前，這2 臺儀器已完成交付，即將進行組裝。未來，采用新型SLI 技術的Landsat－9 系統將至少在軌運行數十年（2021－2035 年），為全球用戶提供與現有的40 余年的Landsat 存檔數據兼容的高質量、全球性的陸地成像數據。

Landsat－9 在軌飛行示意圖（來源：NASA）

NOAA 授出多個合同以探索其未來新型氣象衛星星座

近10 年來，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）均選擇載有先進遙感器的大型衛星來開展氣象研究任務，而未來NOAA 希望利用小型、低成本的衛星來獲得觀測數據。NOAA 未來衛星星座架構的關鍵是在衛星和儀器之間采用標準接口，目前研究重點是探索地球靜止軌道（GEO）衛星上增加儀器的可能性，例如，海洋水色儀或高光譜遙感器。

自2020 年4 月以來，NOAA 已授出10 余份合同，價值約700 萬美元，用于研究遙感儀器、衛星、商業模型以及任務概念，探索其未來的氣象衛星星座架構，以取代目前在軌運行的“聯合極軌衛星系統”（JPSS）和地球靜止業務環境衛星－R（GOES－R）系統。NOAA 未來的星座將比現有的更加靈活、適應性更強。

除了上述合同外，美國布蘭迪萬光子技術公司（Brandywine Photonics）也在為NOAA 開發一個由數百顆小型氣象衛星組成的星座。該公司正在按照需求對衛星、遙感器和軌道進行評估，以建造一個全面了解大氣和空間天氣情況的“氣象網絡”（MetNet）星座。該星座將由數百顆裝有光學和微波儀器的小衛星組成，以提供對風速、大氣溫濕度、降水、海表面溫度、云表征、高層大氣動力學和空間天氣的高頻觀測。

麥克薩技術公司下一代星座軌道

美國麥克薩技術公司打造下一代全新高分衛星星座

美國麥克薩技術公司（MAXAR Technologies）正在發展接替“世界觀測”（Worldview）衛星系列的新星座，含6 顆“軍團”（Legion）衛星和6 顆“偵察兵”（SCOUT）衛星，旨在大幅提高全球重訪能力。Legion 首星計劃2021 年發射，該衛星質量750kg，全色分辨率0.29m，圖像采集能力是目前在軌衛星的2 倍，在高需求的地區可達到3 倍，觀測時效顯著提升，而上一代WorldView － 3 衛星質量2.8t，分辨率0.31m。此外，Legion 敏捷能力大幅度提升，一軌就可完成整個中國臺灣（臺灣島南北縱深395km、東西寬145km）的成像，而上一代WorldView－3衛星一軌可完成112km×65km 區域的成像。Legion與SCOUT 衛星星座完成部署后，每天可對同一區域觀測24 次，屆時麥克薩技術公司所有商用衛星每天可偵測30 次。

微納衛星系統穩步部署，更多公司宣布發展計劃

美國行星公司目前在軌運行21 顆100 千克級“天空衛星”（SkySat），可提供分辨率0.9m/幅寬8km 的圖像產品和分辨率1.1m/時長90s 的視頻產品；目前，在軌運行的171 顆5 千克級“鴿群”（Flock）衛星，可以提供3 ～5m 分辨率圖像，實現8h 全球數據更新。美國黑天全球公司（BlackSky Global）已開始部署50 千克級60 星星座，可提供分辨率1m 圖像產品，星座建成后，中低緯區域重訪時間10 ～60min。

美國卡佩拉空間公司（Capella Space）于8 月31 日發射首顆合成孔徑雷達（SAR）業務星卡佩拉－2（Capella－2），后續將繼續部署6 顆改進型業務衛星，具備7 星在軌的初始星座能力，以期在2021 年初開始商業化運營，作為未來36 顆衛星星座的第一階段。其星載X-SAR 具有條帶、凝視聚束、滑動聚束、寬幅掃描等多種成像模式，最高分辨率0.3m。此外，美國普來達公司（PredaSAR）計劃部署由48 顆雷達衛星組成的星座，為用戶提供分鐘級響應的圖像更新服務。該公司稱這將成為全球最大規模的SAR星座。

3 歐洲

2020 年，歐洲共成功發射11 顆民商用對地觀測衛星，包括3 顆民用衛星、8 顆商用衛星。截至2020年底，歐洲共有64 顆民商用對地觀測衛星在軌運行。從衛星類型來看，光學對地成像衛星18 顆，雷達對地成像衛星15 顆，氣象環境探測衛星13 顆，海洋環境探測衛星2 顆，其他環境探測衛星9 顆，射頻信號接收定位衛星7 顆；從衛星用途來看，民用衛星40 顆，商用衛星24 顆。

2020 年，歐洲繼續平穩推進“哥白尼”項目，同時開發新的“哥白尼”任務；商用對地觀測衛星系統蓬勃發展，與美國不同，重點發展商用SAR、高光譜、視頻等小衛星。

哨兵－6A 成功發射，“哥白尼”穩步推進后續任務

截至2020 年底，“哥白尼”計劃下的“哨兵”（Sentinel）系列衛星在軌運行共計7 顆，已經正式步入能力部署階段，開始在環境與安全監測方面發揮重要作用。11 月21 日，哨兵－6A 衛星成功發射，主要用于測量海平面高度，將對全球90%以上海表地形進行高精度測量，測量精度達到厘米級。

7 月，歐洲航天局（ESA）工業政策委員會批準啟動25.5 億歐元的合同，以推進6 個新的“哥白尼”衛星任務，每個任務都由2 顆衛星組成，其中1 顆為試驗驗證星、1 顆為業務星。6 個任務分別是：①“哥白尼”人為產生的二氧化碳監測（CO2M）任務，攜帶近紅外和短波紅外光譜儀；②“哥白尼”高光譜成像（CHIME）任務，攜帶超光譜成像儀；③“哥白尼”成像微波輻射計（CIMR）任務，攜帶一臺微波輻射計；④“哥白尼”極地冰雪地形高度計（CRISTAL）任務，攜帶一臺多頻雷達高度計和一臺微波輻射計；⑤“哥白尼”陸地表面溫度監測（LSTM）任務，攜帶一臺高空間-時間分辨率熱紅外儀；⑥L 頻段SAR 任務（ROSE-L），攜帶L 頻段SAR 高度計。

芬蘭冰眼公司持續部署小型SAR 衛星

作為商用SAR 微衛星領域的引領者，芬蘭冰眼公司（ICEYE）目前運行5 顆衛星，已實現SAR 成像領域的商業運營。冰眼－X（ICEYE－X）衛星有聚束和條帶兩種成像模式，正在開發掃描成像模式。聚束模式尤其適用于探測復雜環境下目標的微小變化，方位向分辨率0.25m、距離向分辨率0.5m；條帶模式適用于監視與探測大范圍海洋與陸地區域變化，距離向分辨率優于1.5m，方位向分辨率優于3m。該星座目前全球重訪周期小于20h，并計劃每年發射多顆新衛星，2021 年底實現18 顆衛星組網，達到3h 的平均全球重訪周期。同時，冰眼公司還在不斷優化其成像能力，在改進ICEYE－X2 和X3 衛星時，設法將雷達天線尺寸擴大到原來的2 倍，但質量更輕，同時增加了用于軌道維持的離子推進系統。3 月，該公司宣布目前的商用SAR 小衛星星座成像能力可達0.25h，相當于大型商用SAR 衛星的最高分辨率。最高分辨率的數據將以ICEYE 的標準產品格式提供給客戶，并可通過標準地理信息系統（GIS）訪問。

英國Sen 公司計劃研制視頻遙感立方體衛星

3 月，英國初創公司Sen 公司宣布計劃構建“地球電視”（EarthTV）星座，并授予了波蘭納米航空電子公司（NanoAvionics）5 顆16U 立方體衛星整星研制合同和南非西莫拉感知公司（Simera Sense）的超高清相機研制合同。每顆衛星具備1.5m、10m、50m 和廣角超高清成像能力，其中首星計劃2021 年發射，后續4 顆衛星2022 年發射。Sen 公司成立于2014 年，從事衛星視頻流技術研發，曾于2019 年以有效載荷搭載的方式把6 個超高清相機送入太空，驗證了其低軌視頻遙感能力。

ESA 資助研發的微型高光譜成像載荷實現商業化運行

由荷蘭測量系統公司（Dutch company Cosine）研發制造、由ESA“通用技術支持計劃”（GSTP）資助的微型高光譜成像儀—“高級偵察兵”（HyperScout）自2018 年搭乘歐洲立方體衛星GomX－4B 發射入軌后，在軌運行良好，展現了其緊湊而出色的高光譜成像能力。目前，該載荷已經完成了升級并實現商業化應用，其升級版HyperScout－2載荷于2020年9月3日搭乘西班牙“聯合衛星系統增強型衛星”（FSSCat）發射入軌，該載荷基于Intel Myriad－2 人工智能芯片設計，將具有更強的數據處理能力，并增加了熱紅外光譜通道。

ICEYE 系列衛星發射表

4 俄羅斯

2020 年，俄羅斯未發射民商用對地觀測衛星。截至2020 年底，俄羅斯共有15 顆民商用對地觀測衛星在軌運行。從衛星類型來看，光學對地成像衛星10 顆，氣象環境探測衛星5 顆；從衛星用途來看，民用衛星14 顆，商用衛星1 顆。

2020 年，俄羅斯在民商對地觀測衛星方面體系仍不完備，相對而言，民用衛星較多，商用衛星發展較為緩慢。盡管如此，俄羅斯重視加強新衛星系統研發和部署，計劃向更大規模、更高分辨率的方向發展。

3 顆GEO 氣象衛星在軌，填補了大西洋上空觀測空白

2 月，俄羅斯于2019 年12 月發射的電子－L3（Elektro－L3）GEO 軌道氣象衛星發回首批圖像并轉交俄羅斯水文氣象局（ROSHYDROMET）；8 月，電子－L2 衛星部署到14.5°（W），位于大西洋上空。此前，俄羅斯在大西洋上空沒有GEO 軌道氣象衛星。目前，俄羅斯共有3 顆電子－L 衛星在軌運行，為俄羅斯水文氣象局、國防部和其他相關單位提供區域和全球范圍的天氣預報信息。

將與白俄羅斯聯合開發高分辨率衛星

3 月，白俄羅斯表示正在與俄羅斯聯合開發一顆名為貝爾卡－2（BKA－2、也稱RBKA）的高分辨率衛星，計劃于2025 年發射，該衛星屬于由8 顆衛星組成的“歐亞經濟聯盟國家遙感星座”1歐亞經濟聯盟（EAEU）制定一項政府間協定，由獨聯體空間研究委員會（СOSPAR）參與歐亞經濟聯盟“地球遙感數據國家間方案”，擬為獨聯體成員國建設一個地球遙感衛星星座。（EADS）的一部分。衛星分辨率0.35m，具有紅外譜段以及視頻與立體成像能力。目前已完成衛星的概念設計，且正在商討開發第二顆衛星，采用兩顆衛星組合的方式，但由于疫情原因工作被暫停。

5 日本

2020 年，日本共發射2 顆民商用對地觀測衛星，均為商用衛星。截至2020 年底，日本共有23 顆民商用對地觀測衛星在軌運行。從衛星類型來看，光學對地成像衛星11 顆，雷達對地成像衛星4 顆，氣象環境探測衛星6 顆，其他環境探測衛星2 顆；從衛星用途來看，民用衛星16 顆，商用衛星7 顆。

2020 年，日本在民用對地觀測能力相對穩定的基礎上，繼續發展后續衛星，并重視商業化發展，多家新型商業公司部署光學、雷達、氣象小衛星星座并開展商業應用。

GOSAT-GW 在軌飛行示意圖（來源：Melco）

啟動研制大氣與水循環監測衛星

3 月，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）指定三菱電機公司（Melco）作為其“溫室氣體與水循環全球觀測”（GOSAT-GW）衛星的承包商。GOSAT-GW 衛星是“溫室氣體觀測衛星”（GOSAT）系列的第三顆衛星，將為日本環境省和國立環境研究所（NIES）提供溫室氣體觀測數據，并為JAXA 提供水循環觀測數據。GOSAT-GW 衛星攜帶一臺名為人為與自然排放總量測繪光譜儀－3（TANSO－3）的儀器，用于對二氧化碳和甲烷等溫室氣體的濃度進行大范圍精準觀測，其詳查模式分辨率比其前任GOSAT－2 高3 倍。該衛星還攜帶一臺新型高效能微波掃描輻射計－3（AMSR－3），觀測譜段比之前有所增加，將對陸地、海洋和大氣中的水儲量進行估算，進而改善水循環和氣象監測。

發射兩顆商用對地觀測小衛星

10 月28 日， 日 本 佳 能 電 子 公 司（Canon Electronics）發射佳能電子星－2B（CE-SAT－2B），為該系列的第2 顆。衛星載有口徑40cm 的“卡塞格林”（Cassegrain）望遠鏡，分辨率優于1m。

12 月15 日，日本合成視角公司（Synspective）發射其“斯特里克斯”（StriX）SAR 微衛星星座的首顆試驗星“斯特里克斯-阿爾法”（StriX-α）。StriX 衛星單星質量100kg， 其中首顆驗證星StriX-α 質量150kg，帶有X 頻段SAR，單極化，分辨率1 ～3m，幅寬10 ～30km，具有條帶、滑動聚束成像模式。該公司計劃到2022 年實現6 顆衛星在軌，實現對亞洲主要城市的全面覆蓋。

6 其他國家/地區

2020 年，其他國家/地區共計成功發射18 顆民用對地觀測衛星（伊朗的1 顆衛星發射失敗），包括阿根廷14 顆、加拿大2 顆、阿聯酋1 顆、韓國1 顆。截至2020 年底，其他國家/地區共有92 顆民商用對地觀測衛星在軌運行。從衛星類型來看，光學對地成像衛星70 顆，雷達對地成像衛星8 顆，氣象環境探測衛星6 顆，海洋環境探測衛星3 顆，其他環境探測衛星5 顆;從衛星用途來看，民用衛星67 顆，商用衛星25 顆。

韓國成功發射GEO 軌道韓國多用途衛星－2B

2 月18 日，韓國航空宇宙研究院（KARI）成功發射其GEO 軌道韓國多用途衛星－ 2B（GEO-KOMPSAT－2B，也稱GK－2B）。該衛星是韓國氣象局（KMA）開發的下一代GEO 軌道衛星任務的第二顆衛星，用于海洋監測和環境監測領域，提供對空間天氣現象的監測。衛星定位于128.0°（E），載有地球靜止海洋彩色成像儀－2（GOCI－2）和地球靜止環境監測光譜儀（GEMS）。GOCI－2 用于沿海和全球海洋環境監測，GEMS 用于監測朝鮮半島和亞太地區的空氣污染情況，可在白天每小時從赤道上方的GEO 軌道監測整個亞洲的大氣氣體，提供高精度的臭氧測量數據，這標志著監測太空空氣污染能力的重大飛躍。

GEO-KOMPSAT－2B 衛星（來源：KARI）

阿根廷成功部署13 顆對地觀測衛星

1 月15 日、9 月3 日和11 月6 日，阿根廷衛星邏輯公司（Satellogic）3 次共計成功發射了13 顆“新衛星”（NuSat），在軌衛星數量達到18 顆。衛星單星質量41kg，搭載多光譜載荷及高光譜載荷，設計壽命為3 年。該公司計劃構建一個可擴展的對地觀測平臺，能夠以更高的時間分辨率和空間分辨率對地球表面進行全覆蓋觀測。未來24 個月內，發射數量將超過80 顆。

7 結語

傳統大衛星開始探索低成本、小型化發展途徑

當前，政府和商業機構對小衛星的關注度日益增高，其中，立方體衛星在小衛星市場占據主導地位。除了初創型商用對地觀測公司積極部署商用小衛星星座外，以美國麥克薩技術公司為代表的傳統商用對地觀測公司也在發展輕小型衛星，下一代WorldView-Legion 光學衛星保持0.3m 分辨率前提下，衛星質量大幅度降低，利于星座化部署。此外，長期采用大型衛星來開展氣象觀測的NOAA，除了在研究采用商用氣象衛星數據，也期望能利用標準化、可擴展的低成本小衛星星座架構來獲得氣象數據。由此，商業現貨等小衛星技術、與傳統衛星研制商合作等方式也將成為主要發展方向。

提升時空分辨率，發展多樣化、多手段對地觀測能力

創新商用小衛星方面，光學成像雖仍然占據主流，但更多國家更多家公司不斷涌現，商用SAR、視頻、多光譜、射頻定位等手段全面發展，正在步入一個能快速、及時提供多種數據的新階段。小型衛星、商用立方體衛星星座與大型衛星系統相結合，將是重要解決方案。同時，隨著微小衛星技術的進展與突破，高時空分辨率、多樣化的海量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。