焦点访谈:来自太空的“高分”守护

2022-04-25 16:57:25

央视网消息(焦点访谈):“航天点亮梦想”,今天是第七个中国航天日。近几年,从“嫦娥”奔月到“祝融”探火、“羲和”逐日,中国航天人的梦想正在一个个实现。今年,建造中国空间站的梦想也将变成现实。航天梦托举中国梦。我们仰望星空,追逐星辰大海,目的是为了守望地球家园、造福人类。此时此刻我们的头顶天空上,除了天和核心舱,还有中国的几百颗卫星在守护神州大地和地球家园,其中就有一颗不久前发射的高分三号03星。它有什么本领?又实现了航天人的什么梦想呢? 

2022年4月7日,高分三号03星在酒泉卫星发射中心由长征四号丙运载火箭成功发射。高分三号03星与2016年发射的高分三号01星、2021年发射的高分三号02星,三星携手在太空中组成星座,织就一张“天眼网”。高分三号是高分辨率合成孔径雷达卫星,它是遥感卫星中的一种。遥感卫星的主要任务是利用远距离的探测技术,对地表和地球自然现象进行观测。高分三号最大的特点是具备全天时、全天候的观测成像能力。与装备光学相机的遥感卫星不一样,高分三号从太空主动发射微波到地球,通过地面反射来成像,所以它不受光照、云层和天气的约束与影响。高分三号的分辨率可以达到1米,在世界上同类卫星中,它是分辨率最“牛”的一个。

中国航天科技集团五院高分三号系列卫星总指挥、总设计师张庆君说:“国际上基本上就是3到5米的分辨率,咱们现在是1米的分辨率,通过一些特殊处理,还可以做到0.5米这样的质量,所以在同类中还是最高的。”

这些投影在地面的蓝色线条内的长条带是高分三号卫星每次飞过时观测成像的区域,幅宽从10公里到650公里,其中划分的每一个方格一般称为一景。高分三号卫星研制成功之前,我国民用合成孔径雷达卫星遥感数据图像均为进口,一景高分辨率图像价格达五六万,不仅价格昂贵,而且有时在紧急时刻还不能很好地在第一时间获得。高分三号研制成功,彻底结束了我国雷达遥感数据图像长期依靠国外的历史。

张庆君说:“A星(01星)发射完以后,打破了国外的数据垄断,有一部分自己的数据,但是仍然难以满足用户需求,所以又再发射02、03星。”

高分三号是高分辨率对地观测系统重大专项规划的七个型号高分卫星中的一个。近年来,随着中国高速发展,很多行业都急需高分辨率的遥感卫星数据图像,为了改变我国高分辨率遥感数据受制于人的状况,国家中长期科技发展规划确定高分重大专项为16个重大科技专项之一,从2010年开始实施,被称为“天眼工程”。目前,从高分一号到高分七号,高分重大专项工程规划的高分辨率卫星齐聚太空,共同守护神州大地和地球家园。

国家高分重大专项工程副总指挥、总设计师赵坚说:“这个工程最大的特点是立足于自主可控,由中国人自己的力量来进行研制。突破了对地观测高精度的遥感卫星一系列关键技术,使我们国家的对地观测卫星整个技术水平上了一个台阶。”

高分七星,个个本领高强。高分一号看得广,一眼能看800公里见方。高分二号目光锐利,分辨率优于0.8米,能看清路上的汽车。高分四号站高望远,工作在36000公里的地球同步轨道,可以对大范围区域长时间凝视,观测动态变化。高分五号是世界上首颗可以同时对陆地和大气观测的高光谱卫星,是生态环境监测的好帮手。 高分六号能对全球农业作物进行普查和估产。高分七号被称为“3D摄影师”,能够绘制立体地图。

赵坚说:“它产生的丰富影像和技术成果,在国民经济各个领域都得到了广泛应用,比如测绘、气象、海洋,还有国土普查、环境监测、智慧城市建设、交通等各个方面。”

高分三号卫星因为具有全天时、全天候、高精度测量等突出本领,被称为太空“神探”。特别是自然灾害发生时,高分三号卫星能够发挥神威。2021年7月,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,发生严重洪涝灾害。灾情发生期间,气象条件恶劣,为了精准研判灾情,指挥排险救援,国家航天局紧急调度以高分三号为主的遥感卫星对灾区进行应急观测成像,助力国家减灾中心完成郑州、新乡、安阳、鹤壁等市县专题图700多幅,为相关决策部门提供了直观及时的空间信息数据支撑。

应急管理部国家减灾中心(卫星减灾应用中心)卫星应用部主任、研究员李素菊说:“高分三号卫星的特点就是能够穿透云雾,而且不受白天、晚上的条件限制,所以适合对自然灾害灾区进行监测,特别是比较典型的洪涝灾害,再加上高分三号SAR(合成孔径雷达)卫星对于水体具有很强的探测能力,所以在洪涝灾害的整个过程中应用还是非常好的。”

高分三号作为高分七星中唯一的微波雷达卫星,不仅可以探地,还可以观海。高分三号具有12种工作模式,分辨率从1米到500米,就像照相,既有大幅宽的广角观测模式,也有微距刻画细节的高分辨模式。它可以监测海上目标、海冰、海浪、海洋内波和海洋风,在海洋航运安全、海洋维权、海上气象预报领域能发挥重要作用。

自然资源部国家卫星海洋应用中心主任林明森说:“高分三号的海洋观测模式是百米量级的,传统上其他气象卫星是公里级的,海洋二号是十公里级的,对台风的影响范围和台风眼的位置,能够提供更精确的观测资料和数据。”

这张高分三号监测图片成像时间是2021年12月12日,地点是南极中山站附近。当时执行第38次南极科考任务的“雪龙”号突遇极端气候,航道被冻,“雪龙”号被困冰中。从2018年第35次南极科学考察开始,高分三号一直监测极地浮冰的动态变化,为 “雪龙”号破冰航行提供保障。根据高分三号实时监测遥感信息指引,“雪龙”号顺利找到冰缝,规划合理路线,破冰航行,终于抵达中山站。

林明森说:“因为在冰上反射率特别高,所以光学图像经常饱和,冰水的识别和冰缝的识别有时候还是比较困难的,高分三号是雷达加上极化信息,能够高质量看到冰缝和识别冰的类型。”

高分三号运行在离地球约750公里的轨道,它不仅可以对静止的目标和环境观测成像,还可以对运动的目标观测成像。2018年3月,我国首个空间实验室“天宫一号”完成在轨使命,即将再入大气层烧毁,国际上有人故意散布“天宫一号”会在再入前解体,变成太空垃圾碎片,影响外层空间安全,引发关注。“天宫一号”飞行轨道高度离地面约350公里,国家航天局利用高分三号卫星能够监测运动目标的特点,应急调度高分三号对“天宫一号”再入大气层前进行观测。这是2018年3月24日高分三号成功观测到的“天宫一号”雷达成像,图像显示“天宫一号”结构完整,再入前未发生大规模解体,未对空间轨道环境造成污染。

高分三号01星是2016年8月发射的,已经在轨工作了5年多,向各行业用户分发数据超过195万景。为了研制高分三号,中国航天科技集团五院研制团队勇于自主创新,历时5年多,攻克了50多项关键技术,多项技术添补了国内和国际空白,使我国在这一领域的卫星研制技术达到世界先进水平。

合成孔径雷达天线是高分三号载荷的重要组成部分。整个天线展开以后长达15米,是我国研制的遥感卫星当中最大的天线。面对这个最大天线,研制团队遇到一个最大挑战,就是这个15米长的大天线有超过96万个方向图,如果在地面全部测试完,需要10年的时间。面对不可能完成的任务,研制团队创新提出了解决问题的技术方法,他们采用计算机仿真模拟测试100%方向图,然后选取5%的典型方向图进行实测验证。可就这5%也不是件轻松的任务,每一组数据至少需要15个小时的连续测试,不能中断。为此,整个团队连续奋斗了一个多月。

和高分三号01星相比,去年和今年发射的02星和03星上增设了AIS船舶识别系统,能够精准监测全球海洋上航行的船只,还增加了星上实时数据处理功能,能够实现遥感数据分发从小时级到分钟级的跨越。并且,三星组网后,整体成像能力将大幅提升,平均重访周期由单星15小时缩短至5小时,一天内能够对某一区域成像5次。

发挥科技重大专项举国体制的优势,经过12年的科技攻关和不懈努力,目前,包括高分三号三颗星在内,高分家族已经发射了13颗卫星。高分卫星应用分发的遥感数据已经超过4000多万景,广泛服务于国计民生各个领域。

赵坚说:“到2020年就能实现数据资源90%以上国产化自主可控,这是一个巨大的进步。高分专项工程的实施让我们切身体会到关键核心技术是买不来、要不来、讨不来的,必须由自己的技术人员、自己的科研工作者来攻克,来解决。高分人奋斗拼搏,形成了高分精神:洞察天地、致广精微、创新超越、砥砺前行、开放共享、造福人类。”

从遥感观测卫星到通信卫星,再到北斗导航卫星,卫星其实离我们每个人都很近,中国目前在轨运行应用卫星的数量超过500颗。高分卫星正越来越走进我们的生活,国家航天局正在打造“国家遥感数据与应用服务**”,不久将开放上线,方便公众查阅使用高分卫星数据。同时,国家航天局积极推动国际合作交流,帮助更多国家分享中国“高分”数据,为构建太空领域人类命运共同体贡献中国的“高分”力量。

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