2021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）

2021年，國外民商用對地觀測衛星領域加快體系化構建，建立全球資源、環境監測網絡，在保持平穩發展的同時注重能力拓展，呈現新的發展態勢與趨勢：一方面，美國、歐洲等國家開始探索低成本、小型化發展途徑，以保持數據連續性和填補能力空白；另一方面，商業遙感衛星星座進入常態化補網階段，國外2021年共部署112顆衛星，時間分辨率和空間分辨率持續提高，全球對地觀測能力與綜合效益不斷提升。

1 概述

2021年，國外民商用對地觀測衛星領域共進行了18次發射，共計發射了120顆衛星（其中失敗3顆，成功117顆）。在發射主體方面，主要發射活動基本集中在美國，共發射89顆（含失敗2顆），歐洲15顆，俄羅斯1顆，日本5顆，印度1顆（發射失敗），其他國家9顆。從衛星類型來看，光學對地成像衛星數量最多，為74顆（含失敗3顆），雷達對地成像衛星13顆，氣象環境探測衛星20顆，其他環境探測衛星2顆，射頻信號接收定位衛星11顆。從用途來看，大部分為商用衛星，達112顆，民用衛星8顆。

截至2021年底，國外共有618顆民商用對地觀測衛星在軌運行，美國402顆，歐洲77顆，俄羅斯15顆，日本26顆，印度18顆，其他國家80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178顆，商用衛星440顆。

2 美國

2021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2021年底國外民商用對地觀測衛星在軌數量（按國家統計）

截至2021年底國外民商用對地觀測衛星在軌數量（按類型統計）

2021年，美國成功發射87顆民商用對地觀測衛星，其中民用衛星1顆，商用衛星86顆，從衛星類型來看，光學對地成像衛星56顆，雷達對地成像衛星6顆，氣象環境探測衛星18顆，其他環境探測衛星1顆，射頻信號接收定位衛星6顆。截至2021年底，美國共有402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223顆，雷達對地成像衛星9顆，氣象環境探測衛星142顆，海洋環境探測衛星1顆，其他環境探測衛星18顆，射頻信號接收定位衛星9顆。從衛星用途來看，民用衛星38顆，商用衛星364顆。

2021年，隨著總統的更替，美國新政府明確提出氣候變化為其四項優先工作之一，持續提升對地球科學與環境觀測的重視程度，開展和加強一系列民用對地觀測衛星計劃，以改善地球環境和人類生活；商業對地觀測衛星方面，行星公司（Planet）、黑天全球公司（BlaceSky Global）等新興企業，持續部署光學、SAR、視頻等小衛星星座，成為政府對地觀測能力的有效補充。

在軌氣象衛星即將失效，啟動新一代GEO氣象衛星星座

2021年6月，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）宣布將于2022年3月1日盡快發射其最新的地球靜止氣象衛星GOES-T（發射后稱為GOES-18），以替換在軌故障的GOES—17衛星。2021年11月，NOAA啟動新一代“地球靜止軌道擴展觀測”（GEO—XO）項目。GeoXO衛星計劃于2023年開始發射，并在21世紀30年代初完成衛星部署，用于監測天氣、沿海地區的海洋條件和空氣質量等。GEO—XO衛星星座擬包括美國東部和西部的兩顆衛星，以及美國中部的第三顆衛星。GEO—XO西經和GEO—XO東經衛星將攜帶閃電成像儀（LM）、空間氣象儀以及用于監測沿海地區和識別有害藻華的海色遙感器（OCI）；GEO—XO—中心衛星將攜帶高光譜紅外探測儀、大氣成分遙感器，另一個有效載荷尚未選定。GeoXO衛星數據將有助于天氣預報模型并推動短期天氣預報和惡劣天氣警報，同時以補充NOAA在歐洲和亞洲的合作伙伴的數據，建立一個重要的全球觀測系統，此外，還將提供對野火、煙霧、灰塵、火山灰、干旱和洪水等要素的監測。

發射最新的陸地衛星—9，將提升下一代衛星的技術與應用能力

美國2021年發射的唯一一顆民用衛星即為美國陸地衛星—9（Landsat—9），該衛星是Landsat系列的最新一顆，于9月27日發射。Landsat—9衛星屬于美國國家航空航天局（NASA）開展的“可持續陸地成像”（SLI）計劃，將與Landsat—8衛星編隊飛行，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、全球覆蓋、連續的陸地成像數據。

Landsat—9衛星發射后與Landsat—8衛星處于共面軌道，相距180°編隊飛行，雙星重訪周期為8天。Landsat—9衛星很大程度上復制了目前在軌運行的Landsat—8衛星，旨在與存檔數據保持一致，以減少陸地成像數據斷檔的風險。盡管如此，總體上衛星成像能力更高，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衛星也攜帶兩臺有效載荷儀器，包括業務陸地成像儀—2（OLI—2）和熱紅外遙感器—2（TIRS—2）。OLI—2和TIRS—2設計壽命均為5年，衛星攜帶燃料可維持約10年以上。

Landsat—9衛星在軌示意圖（來源：NASA）

穩定補網商業新興對地觀測小衛星星座

2021年，美國商業對地觀測衛星星座進入常態化部署階段，全年共成功發射10個系列共計86顆衛星，包括現有系列補充和新型號發射，為政府對地觀測能力提供了有力補充。

首次向商業公司頒布0.1m分辨率許可證

2021年12月14日，NOAA向商業對地觀測公司——反照率公司（Albedo）頒發全球首個0.1m分辨率的光學遙感衛星圖像的銷售許可證。Albedo公司將在極低地球軌道上運行一個小衛星星座，全色分辨率0.1m、熱紅外分辨率4m。該衛星星座將擁有全球商業遙感衛星領域的最高分辨率水平，可應用于更多遙感細分領域，同時，其圖像采集的限制條件也將最多。

Albedo公司的0.1m分辨率對地觀測衛星（來源：Albedo官網）

2021年美國發射的商業對地觀測衛星統計

3 歐洲

2021年，歐洲共計成功發射15顆商用對地觀測衛星，未發射民用衛星。截至2021年底，歐洲共有77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21顆，雷達對地成像衛星21顆，氣象環境探測衛星10顆，海洋環境探測衛星2顆，其他環境探測衛星11顆，射頻信號接收定位12顆。從衛星用途來看，民用衛星40顆，商用衛星37顆。

2021年，歐洲平穩推進“哥白尼”（Copernicus）、“地球探索者”（Earth Explorer）等計劃后續任務，同時，歐洲各國的商業衛星公司廣泛開展合作，傳統高分辨率商業對地觀測衛星和新興對地觀測小衛星星座均快速發展，以更低成本提供更高時間分辨率、更多樣化的對地觀測數據。

積極開發天基溫室氣體觀測系統

為實現“碳中和”目標，除了進一步加強“哥白尼”計劃的實施外，歐洲還計劃開發“哥白尼人為二氧化碳監測”（CO2M）、哨兵—5P（Sentinel—5P）、“甲烷遙感激光雷達任務”（MERLIN）、“微碳”（MicroCarb）、“環境制圖和分析計劃”（EnMAP）衛星等專用溫室氣體衛星系統，以測量人為二氧化碳和甲烷的排放，減少目前在全國和區域范圍內化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放估算中的不確定性；建立獨立的信息來源，評估減排政策的有效性。CO2M衛星于2021年4月通過空間段需求評審（SSRR），將攜帶：用于測量人為產生的二氧化碳的近紅外與短波紅外的光譜儀、多角度偏振成像儀（MAP）、云成像儀（CLIM）等，首顆衛星計劃于2025年底發射。

補充新一代“地球探索者”系列研究任務

2021年3月，歐洲航天局（ESA）授予薩里衛星技術有限公司（SSTL）一份合同，為其建造一顆名為“水文全球導航衛星系統”（HydroGNSS）的對地觀測小衛星。該衛星質量40kg，屬于ESA的“偵察兵”（Scout）系列任務的第二顆衛星，將成為首個使用GNSS反射技術進行水文測量的衛星，將以高空間分辨率和更低成本來測量水文氣候關鍵變量。

成功發射新一代商業高分辨率光學成像衛星

2021年4月29日和8月17日，歐洲“新一代昴宿星”（Pleiades Neo）星座中的前兩顆順利部署，分別命名為Pleiades Neo—3、4。Pleiades Neo衛星星座將由4顆相同衛星組成，4顆衛星位于1個軌道平面，相鄰兩顆衛星相位成90°，星座重訪每日2次。任務規劃時間優于25min。衛星采用“S950光學”平臺，發射質量920kg，全色分辨率從Pleiades的0.7m提高到0.3m，多光譜分辨率從2.8m提高到1.2m。Pleiades Neo衛星幅寬14km，圖像定位精度優于5m。具有1個全色譜段，6個多光譜譜段，包括深藍、藍、綠、紅、紅邊、近紅外。其中，深藍譜段和紅邊譜段比較特殊，深藍譜段具有一定的海水穿透能力，而紅邊譜段用于植被監測。

2021年歐洲發射的商業對地觀測衛星統計

芬蘭冰眼公司發射下一代衛星驗證新技術

2021年1月24日和6月30日，芬蘭冰眼公司（ICEYE）分別補網2顆與4顆衛星，使在軌衛星總數達到14顆。其中6月30日發射的4顆衛星中的一顆為下一代衛星的驗證星。該新驗證星配備了最新的SAR衛星技術，將地面分辨率提高一倍，并實現了成像和下傳同時進行的近實時數據交付能力。10月14日，冰眼公司被指定為“‘哥白尼’貢獻任務”的首家商業合成孔徑雷達初創公司（SAR），為歐盟“哥白尼”計劃提供其小型SAR衛星星座數據。

4 俄羅斯

2021年，俄羅斯成功發射1顆民用對地觀測衛星，即全球首顆北極地區專用氣象衛星——北極—M1（Arktika—M1）。截至2021年底，俄羅斯共有15顆民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9顆，氣象環境探測衛星6顆。從衛星用途來看，俄羅斯目前沒有商用對地觀測在軌運行。

2021年俄羅斯在民商對地觀測衛星方面體系仍不完備，雖然發展了陸地衛星和氣象衛星，但海洋衛星方面的短板比較明顯。總體上，俄羅斯注重加強新衛星系統研發和部署，積極恢復對地觀測衛星系統建設，著力縮短與其他國家的差距。

Arktika—M1衛星于2021年2月28日發射，為俄羅斯提升北極地區天基信息支援能力。正在構建的Arktika—M衛星系統由2顆衛星組成，Arktika—M1為其首星。Arktika—M為軍民兩用氣象衛星，用于北極地區天氣預報以及氣候與環境監測，能重點滿足高緯度地區的戰場環境觀測需求。Arktika—M衛星運行在大橢圓（Molniya）軌道，該軌道位置采集的極區數據，將補充目前在軌運行的靜止軌道氣象衛星電子—L（Elektro—L）的覆蓋缺口。

5 日本

2021年，日本共發射5顆商用對地觀測衛星，未發射民用衛星。截至2021年底，日本共有26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14顆，雷達對地成像衛星6顆，氣象環境探測衛星3顆，其他環境探測衛星4顆。從衛星用途來看，民用衛星14顆，商用衛星12顆。

2021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，并重視商用小衛星星座的補網。日本2021年發射的5顆商用對地觀測小衛星分別為：日本阿克塞爾航天公司（Axelspace）的“仙鶴”（GRUS）對地觀測微衛星星座，攜帶高性能望遠鏡，全色分辨率2.5m，多光譜分辨率5m，幅寬超過50km；日本iQPS公司的36顆商業SAR微衛星星座的第2顆技術驗證星QPS—SAR—2，衛星質量約100kg，分辨率1m，采用圓極化合成孔徑雷達，帶有3.6m口徑拋物面天線，該星座具備近實時（平均10min重訪）的全球觀測能力。

6 印度

2021年，印度僅發射1顆民用對地觀測衛星，即地球靜止軌道成像衛星—1（GISAT—1），且衛星發射失敗。截至2021年底，印度共有18顆民商用對地觀測衛星在軌運行，均為民用衛星。從衛星類型來看，光學對地成像衛星12顆，雷達對地成像衛星1顆，氣象環境探測衛星3顆，海洋環境探測衛星2顆。

印度雖然在2021年未成功部署新的民商用對地觀測衛星，但其在軌民用對地觀測衛星體系相對完善，用途上覆蓋氣象衛星、陸地衛星和海洋衛星等，遙感手段上涵蓋高分辨率光學成像和雷達成像，基本具備多樣化對地觀測能力。目前，印度商業對地觀測公司也開始計劃建造對地觀測衛星星座。

首顆地球靜止軌道成像衛星GISAT—1發射失敗

GISAT—1衛星于2021年8月12日發射，因低溫上面級技術故障而未能進入軌道。該衛星又名對地觀測衛星—03（EOS—03），質量達2268kg，星上搭載了6譜段多光譜可見光和近紅外成像載荷（分辨率50m～1.5km）、158譜段高光譜可見光和近紅外載荷（分辨率318m）、256譜段高光譜短波紅外載荷（分辨率191m），設計壽命7年。

計劃建設高光譜成像小衛星星座

2021年3月22日，印度私營遙感衛星公司—像素公司（Pixxel）宣布完成730萬美元的種子輪融資，這筆資金將用于建造高光譜成像小衛星星座，以滿足大眾對高光譜遙感數據不斷增長的需求。該星座單星質量15kg，分辨率5m，含150個譜段，將提供優質高分辨率高光譜圖像。公司計劃后續將在軌衛星規模擴充到30顆，實現24h全球高光譜覆蓋能力。

7 其他國家和地區

2021年，其他國家或地區共計成功發射9顆民商用對地觀測衛星，包括阿根廷4顆、阿聯酋1顆、巴西1顆、韓國1顆、加拿大1顆、緬甸1顆，其中民用衛星5顆，商用衛星4顆。截至2021年底，其他國家或地區共有80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62顆，雷達對地成像衛星7顆，氣象環境探測衛星3顆，海洋環境探測衛星1顆，其他環境探測衛星7顆。從衛星用途來看，民用衛星53顆，商用衛星27顆。

加拿大成功發射溫室氣體探測衛星

2021年1月24日，加拿大溫室氣體公司（GHGSat）成功發射了其第3顆溫室氣體衛星——“雨果”（Hugo），之前發射的衛星包括2016年和2020年分別發射的“克萊爾”（Claire）和“虹膜”（Iris）。Hugo衛星由ABB公司建造，配備了先進的遙感器，可檢測到原來1/100的甲烷排放量，分辨率是其他任何商業或國家資助的衛星的100倍以上。

加拿大MDA公司啟動雷達衛星—2的后續任務

2021年2月，加拿大麥克唐納·迪特維利聯合有限公司（MDA）宣布已啟動研制其雷達衛星—2（Radarsat—2）的后續衛星——“雷達衛星—2連續任務”（Radarsat—2 Continuty Mission），以替換2007年12月發射、已超期服役6年以上的Radarsat—2衛星。該衛星仍由MDA公司與加拿大航天局（CSA）以公私合營的方式合作建造，采用C頻段合成孔徑雷達（SAR）技術，以確保Radarsat—2用戶獲得數據的連續性。MDA公司還將基于其領先的“多任務地球觀測地面站”，以及機器學習、深度學習等人工智能技術，來提升跨遙感器的大量數據管理能力，并增強SAR數據分析能力。

巴西發射首顆自主研制的對地觀測衛星

2021年2月28日，巴西首顆自主研制的對地觀測衛星——亞馬遜—1（Amazonia—1）成功發射，該衛星質量為290kg，搭載中分辨率光學成像儀——AWFI，分辨率40m，幅寬780km，覆蓋可見光和近紅外譜段。

阿聯酋發射環境監測納衛星

2021年3月22日，阿聯酋環境監測納衛星——迪拜環境監測納衛星—1（DMSat—1）成功發射，該衛星搭載了兩個有效載荷：主有效載荷是多光譜偏振計，在可見光和近紅外具有3個譜段，分辨率為40m（650km高度），該偏振計能以多達7個視角對同一目標成像，主要用于監測氣溶膠；次有效載荷是一對光譜儀，能夠監測阿聯酋上方的二氧化碳、甲烷等溫室氣體。DMSat—1衛星每天可繞地球運行14次，重訪時間為3～5天，每天覆蓋面積達80000km，將為阿聯酋環境研究提供重要數據。

韓國計劃研制分辨率0.3m商業光學衛星

2021年8月18日，韓國韓華集團（Hanwha Group）下屬衛星制造企業——韓國衛星技術研究初創公司（SI）宣布將在2024年發射天眼—T（SpaceEye—T）商業高分辨率光學成像衛星。SpaceEye—T衛星質量700kg，在600km軌道高度可實現0.3m的空間分辨率以及14km的幅寬。該衛星在能源、氣候監測、災害管理以及軍事偵察監視等領域有較大的應用價值。SI下屬SI成像服務公司（SIIS）和SI分析公司（SIA）將分別負責衛星數據商業銷售和圖像產品處理加工。

2021年其他國家和地區發射的民商用對地觀測衛星統計

8 小結

民用對地觀測衛星呈現差異化發展態勢

當前，民用對地觀測衛星更為清晰地形成業務化成熟型應用衛星和低成本探索型驗證衛星兩個類別。成熟型應用衛星呈平穩發展態勢，主要屬于政府規劃的民用對地觀測衛星計劃，用于氣象、海洋、減災等環境領域的高精度觀測；探索型驗證衛星數量持續攀升，主要采用立方體小衛星或搭載載荷的方式，可以在低成本、縮短研制周期等條件下快速實現在軌驗證和目標要素探測，對大衛星進行技術驗證和數據補充。

商業對地觀測衛星進入甚高分辨率時代

繼美國世界觀測—3（Worldview—3）衛星之后，2021年，歐洲成功部署2顆0.3m分辨率的商業光學遙感衛星，同時，韓國、以色列等國家均在研制分辨率0.3m的新一代商業對地成像衛星，這意味著國際主流商業對地觀測衛星系統將全面進入0.3m甚高分辨率時代。此外，隨著2021年12月NOAA向反照率公司頒發全球首個0.1m分辨率的光學遙感衛星圖像的銷售許可證，美國開始在0.3m分辨率的基礎上進一步提高技術水平，即將擁有全球商用對地觀測衛星的最高分辨率水平。未來，國際商業對地觀測衛星市場將進一步開展激烈競爭。