前沿·聚焦

　　你好，高分家族！

　　我國“天眼”工程數(shù)據(jù)體系已基本形成

　　中國青年報·中青在線記者 邱晨輝 

　　6月2日，高分六號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，這是一顆低軌光學(xué)遙感衛(wèi)星，也是我國第一顆實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測的高分衛(wèi)星。至此，我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(以下稱“高分專項”)，繼高分一號到五號之后，迎來又一位步入太空的新成員。

　　高分專項被譽為“天眼”工程，是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》確定的16個重大科技專項之一，與之一起進入專項名單的還有人們耳熟能詳?shù)妮d人航天、探月工程、大飛機等項目。

　　2010年該專項全面啟動實施。如今8年過去，高分家族在千呼萬喚之中，逐漸嶄露頭角，多顆高分兄弟在軌服役，仿若一個個高掛在地球上空的巨大相機，觀測地球母親。

　　高分專項工程總師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東說，迄今為止，我國涵蓋不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期的高分?jǐn)?shù)據(jù)體系已基本形成。

　　高分老大哥迎來“配對者”

　　此次高分六號升空后，將和在軌的高分一號組成星座，開啟“高分家族”組網(wǎng)新篇章。

　　航天科技集團五院高分六號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師白照廣說，兩者將形成“2米/8米光學(xué)成像衛(wèi)星系統(tǒng)”，大大縮短重訪時間間隔，“時間分辨率從4天縮短到2天”。

　　作為高分家族里的老大哥，高分一號早在2013年4月就已成功升空，到如今和高分六號“配對”，已等了5年之久。

　　肩負(fù)著高分家族開疆拓土的使命，高分一號的最大特點是“大幅寬成像”，能將視野范圍內(nèi)800公里的事物都納入進來， 4天即可完整觀測地球。

　　根據(jù)白照廣的說法，5年來， 高分一號已向我國的國土資源系統(tǒng)、地質(zhì)行業(yè)及科研院所等100多家單位和機構(gòu)提供了大量遙感圖像數(shù)據(jù)，成為遙感領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星之一，被譽為“看得廣、看得快、看得準(zhǔn)、看得清、應(yīng)急效果好”的衛(wèi)星。

　　一些突發(fā)事件、熱點問題發(fā)生時，也能看到高分一號的身影。來自航天科技集團五院的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，不管是2013年雅安蘆山地震，還是2014年馬航失聯(lián)事件，2015年天津濱海新區(qū)爆炸事故、深圳山體滑坡事件，高分一號都曾向相關(guān)部門和行業(yè)貢獻了自己的“見識”。2014年，高分一號還“入列”空間與重大災(zāi)害國際憲章值班衛(wèi)星，成為我國第三顆入列值班衛(wèi)星。

　　高分“二哥”視力最牛

　　高分一號升空后，時隔一年半，高分二號在2014年8月升空，其成功發(fā)射意味著我國民用遙感衛(wèi)星進入了亞米級分辨率時代。

　　航天科技集團五院總體部研究員、高分二號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師潘騰打過一個比方：如果說空間分辨率兩米的高分一號，能看到地面的小轎車；那么，空間分辨率達(dá)到亞米級的高分二號，就能看到地面的自行車。

　　潘騰說，高分“二哥”渾身是“寶”，它的身上，有兩臺分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機，這是現(xiàn)今我國焦距最長、分辨率最高的民用航天遙感相機，也是國際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機。

　　也因此，高分二號成了我國迄今研制的空間分辨率最高的民用遙感衛(wèi)星，具備高空間分辨率優(yōu)于1米和幅寬大于45千米的成像能力，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過國外同類光學(xué)遙感衛(wèi)星的水平。

　　此外，高分二號還有一顆赤誠的“中國心”，其國產(chǎn)化程度達(dá)到98%以上，關(guān)鍵單機和部件全部是我國自主研制——是高分家族中單機國產(chǎn)化程度最高的衛(wèi)星。潘騰說，這極大改善了我國高分辨率遙感數(shù)據(jù)主要依靠進口的狀態(tài)，為國內(nèi)用戶提供高精度對地觀測數(shù)據(jù)起到重要示范作用。

　　如今，高分二號在軌運行已超過3年，每月分發(fā)20余萬景超過1.1億平方公里影像。來自國防科工局的數(shù)據(jù)顯示，高分二號數(shù)據(jù)市場占有率達(dá)80%，徹底改變了我國高分辨率對地觀測數(shù)據(jù)主要依賴進口的局面。

　　全天候待命的“三哥”

　　高分兄弟都遺傳了家族“好視力”的優(yōu)點，這足以讓它們在群星當(dāng)中更加閃耀。

　　2016年8月25日，備受矚目的高分三號在經(jīng)歷了為期兩周的太空旅行之后，正式向世人發(fā)布由它親自拍攝的“高清大片”，這標(biāo)志著我國低軌道合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星研制技術(shù)實現(xiàn)重大突破。從此，我國民用天基高分辨率合成孔徑雷達(dá)圖像打破“全進口”現(xiàn)狀，做到“核心在手”。

　　十分特別的是，高分“三哥”身上武裝的是主動探測載荷，利用微波進行探測，通過自己發(fā)射信號并接收地面反射的回波信號，探測地面物體的細(xì)節(jié)和特征。換言之，不需要“照相機”就能“拍照”。

　　航天科技集團五院高分三號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師張慶君說，與“光學(xué)”遙感衛(wèi)星相比，高分三號這種“微波”遙感衛(wèi)星的最大特點，就是具備全天時、全天候的成像能力——不需要借助光線，不論刮風(fēng)下雨，還是白天黑夜、風(fēng)沙霧霾，都能從容守望，做到真正的“不畏浮云遮望眼”。

　　也因此，高分三號被譽為全天候待命的“天眼”神探。張慶君說，高分三號的發(fā)射和應(yīng)用，把我國高分系統(tǒng)建設(shè)由可見光、熱紅外、遠(yuǎn)紅外帶入到微波輻射區(qū)，迎來了衛(wèi)星微波遙感應(yīng)用的新時代。截至目前，高分三號已向國內(nèi)50余家科研單位，分發(fā)數(shù)據(jù)超過60萬景。

　　張慶君說，目前國際上應(yīng)用最廣泛的某商用雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品平均價格在3萬元/景，而高分三號的成功應(yīng)用，打破了國外高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)在國內(nèi)的壟斷，節(jié)省大量的購置費用，為我國實施海洋開發(fā)、陸地環(huán)境資源監(jiān)測和防災(zāi)減災(zāi)等提供重要技術(shù)支撐。

　　四弟擁有最高的“太空眼”

　　到了高分四號，衛(wèi)星“拍照”的分辨率并沒有進一步“縮小”，它只能獲取50米分辨率的可見光數(shù)據(jù)，但在高軌道這個位置上，它已是目前世界上“視力最佳”的遙感衛(wèi)星。

　　高分四號被譽為當(dāng)今觀測地球最高的“太空眼”。航天科技集團五院高分四號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果給了一個直觀的比方：相當(dāng)于能在3.6萬公里的太空“持續(xù)看清”大海里航行的一艘游輪。

　　事實上，在高分“四弟”出生之前，即便放眼全世界，針對高軌道的高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星設(shè)計，也沒有工程實施的先例。

　　李果說，在3.6萬公里的太空，既要讓高分四號看得清，又要保證“畫面不抖”，是科研團隊追求的終極目標(biāo)。在這個過程中他們創(chuàng)造了多個“第一”，比如第一次采用億級像元數(shù)的可見光器件以及百萬級像元的中波紅外器件，第一次采用大面陣凝視成像體制，第一次采用中波紅外與可見光共口徑的光學(xué)設(shè)計等。

　　至此，我國遙感衛(wèi)星總體技術(shù)首次登上高軌道的山峰。當(dāng)然，一旦高軌道、低軌道的遙感衛(wèi)星“強強聯(lián)合”，高分兄弟之間攜手配合，則能夠“既見樹木又見森林”，提供更好的數(shù)據(jù)觀測服務(wù)。

　　30天內(nèi)五弟六弟先后奔赴太空

　　今年5月9日，高分家族中唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測衛(wèi)星即高分五號，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。

　　與此前的高分兄弟不同，這是一顆高光譜觀測衛(wèi)星，可以“捕捉”到大氣污染氣體、氣溶膠等物理要素。按照高分專項應(yīng)用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任王橋的說法，高分五號有望填補國產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白，可動態(tài)反映我國大氣污染狀況。

　　如今，距離高分“五弟”發(fā)射還不到一個月的時間，高分“六弟”又奔向太空。盡管是高分家族的“老小”，高分六號卻不小。

　　一般而言，能辨別地面目標(biāo)最小尺寸的空間分辨率和重復(fù)觀察同一地面物體所需要時間的時間分辨率，是一對“冤家”，需要犧牲一方來保證另一方，但高分六號卻實現(xiàn)了這兩點的優(yōu)化組合，同時具有高分辨率和寬覆蓋的能力。

　　白照廣說，從某種意義上說，高分六號和高分一號最像“親兄弟”，兩者無論體量和型制都變化不大，不同的是，高分六號有5個“更高”：高性能、高精度、高效能、高可靠、高國產(chǎn)化。

　　以高國產(chǎn)化為例，相比高分一號老大哥，高分“六弟”的整星單機國產(chǎn)化率達(dá)到94.5%，而前者只有87.3%。高分一號的壽命5年，而高分六號的設(shè)計壽命則達(dá)到8年，是我國目前在軌設(shè)計壽命最長的遙感衛(wèi)星。

　　值得一提的是，高分六號專門為農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求設(shè)置了兩個紅邊波段，這種特殊的“視網(wǎng)膜”，可以監(jiān)測葉綠素含量等作物養(yǎng)分含量。

　　白照廣舉例，想在太空中“盯著”小麥，先要把小麥從大豆、玉米等眾多作物中“分辨”出來，“高分六號具備紅邊譜段的多光譜遙感技術(shù)，可以一眼辨出究竟誰是誰——這是之前其他衛(wèi)星做不到的”。

　　高分六號成了真正意義上的“中國農(nóng)業(yè)一號衛(wèi)星”。

　　高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率達(dá)80%

　　童旭東說，在專項實施前，我國天地一體化高分辨率對地觀測體系尚未建立，長期缺乏自主高分辨率對地觀測數(shù)據(jù)，管理分散、系統(tǒng)脫節(jié)、數(shù)據(jù)政策缺失、應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)差距較大、數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品大量欠缺。他給了兩組數(shù)據(jù)作對比——

　　那時，國內(nèi)優(yōu)于2米的自主高分辨率數(shù)據(jù)占比低于20%，且只在國土、測繪、環(huán)保、減災(zāi)等少部分行業(yè)開展試驗應(yīng)用，海量遙感數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用能力不足。而各區(qū)域高分辨率數(shù)據(jù)的應(yīng)用“基本空白”。

　　與之相應(yīng)的是：高分專項啟動實施8年來，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已替代進口，自給率達(dá)80%。

　　童旭東透露，近幾年，由于高分一號、二號、三號、四號數(shù)據(jù)的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和相關(guān)數(shù)據(jù)處理服務(wù)日臻完善，國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)市場日漸萎縮，數(shù)據(jù)價格也持續(xù)下降，分辨率低于2米的國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)已基本退出國內(nèi)市場。

　　截至目前，我國累計分發(fā)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)約1500萬景。其中，16米數(shù)據(jù)已全部替代進口，2米/8米數(shù)據(jù)自給率80%以上，1米/4米數(shù)據(jù)部分替代進口，自主雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)供不應(yīng)求——高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已全面進入主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　按照童旭東的說法，高分專項是建立我國戰(zhàn)略性空間基礎(chǔ)設(shè)施的重大工程，對確保我國空間信息資源的自主權(quán)有重要意義。在一些國際合作中，高分家族的這些“天眼”神探，在很大程度上讓中國航天的“腰桿更硬”。