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    海洋卫星:九天瞰海报佳音

    2018-10-25 11:18:29 来源: 科学网
    聊聊

    ——专访中国工程院院士、自然资源部国家卫星海洋应用中心主任蒋兴伟

    本报记者 陆琦

    10月25日,我国海洋卫星家族又添一名新成员——海洋二号B卫星上天了。

    目前,我国海洋卫星已经实现了从单一型号到多种型谱、从试验应用向业务服务的转变,向系列化、业务化的方向快速迈进。

    在取得可喜成果的同时,我国海洋卫星还存在哪些不足?未来又将如何发展?中国工程院院士、自然资源部国家卫星海洋应用中心主任蒋兴伟就相关问题接受了《中国科学报》的专访。

    优势无可替代的海洋卫星

    《中国科学报》:海洋卫星在海洋科学研究、海洋环境监测等方面发挥着怎样不可替代的作用?对于我国建设海洋强国意味着什么?

    蒋兴伟:海洋卫星获取的全球海洋叶绿素浓度、悬浮泥沙分布等海洋水色信息,海面高度、有效波高、海面风场、海面温度等海洋动力环境信息和舰船、海岛、岸线等目标信息具有大面积和高频次的优势,这是船舶和浮标等传统观测观测方式所无法比拟的。

    随着我国海洋强国建设的加快,必须进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋,这对海洋科学的研究水平、海洋环境监测能力、海洋灾害防御能力、海洋资源开发和利用效率等方面提出了更高的要求,海洋卫星也需同步加大对这些方面的信息服务能力,加快建设多星组网的卫星观测体系,加快新型遥感载荷的研制,提高多要素、高精度、全覆盖的全球海洋综合空间观测能力,丰富海洋卫星产品体系,提高数据定量化水平,助力海洋强国建设。

    优势互补的海洋卫星体系

    《中国科学报》:目前我国正在运行的海洋试验与业务卫星有哪些?各自发挥着什么作用?是否还存在海洋卫星数据受制于人的情况?

    蒋兴伟:目前我国在轨的海洋卫星有海洋二号A(HY-2A)卫星、海洋一号C(HY-1C)卫星和高分三号(GF-3)卫星。

    HY-2A是一颗海洋动力环境卫星,于2011年发射,获取的海面风场、有效波高、海面高度、海面温度等海洋动力环境数据已经广泛用于海洋防灾减灾、资源开发、海上安全等业务中。但是,只有这一颗动力卫星无法满足各项应用对高时效和高空间分辨率信息的需求。现在为了满足业务的需求,需要借助国外在轨同类卫星数据,存在海洋卫星数据受制于人的情况。

    HY-1C是一颗海洋水色卫星,2018年9月在太原卫星发射中心发射成功,目前正在进行测试,该卫星获取的叶绿素浓度、悬浮泥沙、海冰、溢油、赤潮等信息将在海洋环境保护、海洋开发管理和海洋防灾减灾等领域发挥重要作用。同样,单颗卫星也存在观测数据频次少、时效性差和连续观测能力不足等问题,也需借助部分国外数据弥补观测的不足。

    GF-3卫星是一颗海陆共用的雷达(SAR)卫星,可获取海上目标、溢油、绿潮、浪场、海面风场、内波、海冰等信息。但由于目前只有一颗卫星在轨运行,也同样存在上述观测能力不足的问题。

    随着“十二五”和“十三五”我国海洋卫星规划的落实,到2020年,完整的海洋遥感立体观测体系将逐步形成,可实现海洋行业卫星数据应用产品自给率达到或超过80%的目标,届时认识海洋和经略海洋的能力将显著增强,海洋卫星必将在新时代建设海洋强国和全球海洋治理进程中发挥重要作用。

    海洋卫星强国梦想照进现实

    《中国科学报》:计划中还将发射哪些海洋卫星,以满足哪些方面的业务需求?

    蒋兴伟:根据我国民用空间基础设施中长期发展规划和《海洋卫星业务发展“十三五”规划》,到2020年我国将研制和发射海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座和海洋监视监测卫星3大系列海洋卫星10余颗。

    海洋水色卫星星座:2018年和2019年陆续发射HY-1C/D海洋水色业务卫星,上下午组网观测;“十三五”期间将进一步发展新一代海洋水色卫星科研星和业务星,从而提升上下午组网观测能力。

    海洋动力卫星星座:HY-2B/C/D卫星,一颗极轨和两颗倾斜轨道海洋动力卫星3星组网探测海面高度、海面风场和海面温度信息;中法海洋卫星、海洋盐度探测卫星作为新型海洋动力卫星实现海面波浪谱和海洋盐度信息的探测。

    海洋监视监测卫星:GF-3号科研星和2颗1米C-SAR业务卫星3星将进行组网观测;后续还将发展高轨海洋光学和微波遥感卫星。

    3个系列卫星同时在轨运行可为海洋环境资源、海洋防灾减灾、海洋经济、海洋生态、海洋安全和国防建设等领域提供不同分辨率、不同时效、不同种类的丰富的多源海洋环境信息,同时还可服务于气象、环境、交通、农业和水利等行业的部分业务需求。

    《中国科学报》:《海洋卫星业务发展“十三五”规划》提出,3个系列海洋卫星实现同时在轨组网运行、协同观测。怎么理解?

    蒋兴伟:这些卫星只有实现协同观测才能充分发挥海洋卫星3个系列的组网观测优势。

    在海洋灾害预防方面,利用水色卫星和监视监测卫星可实现海冰、有害藻华、溢油的全天候、全天时快速连续的监测;利用动力卫星和监视监测卫星可实现全球灾害性海浪、风暴潮、海冰的中高分辨率联合监测。

    在海洋资源开发方面,利用水色卫星获取的叶绿素浓度和海温信息,动力和监视监测卫星获取的盐度、海流和涡旋信息,可为大洋渔场的预测提供可靠的信息源服务。

    利用水色卫星获取的海温和动力星获取的海平面变化信息可为全球变化研究提供可靠数据;利用动力星和监视监测卫星获取的风场、浪场、海冰和冰间水道等信息可为海上航行提供安全保障;等等。

    全球大洋数据实时接收将近

    《中国科学报》:我们的海洋系列卫星地面应用系统建设运行情况如何?还将如何进一步发展以更好地提升星地一体业务化运行与服务能力?

    蒋兴伟:自然资源部国家卫星海洋应用中心负责承担建设海洋卫星地面应用系统。在卫星地面接收站网布局方面已经改扩建了国内4个地面站,布局了极地站、海外卫星地面站、船载移动接收站等,具备我国近海及周边海域实时接收能力,并将具备全球大洋数据近实时接收能力。

    正在建设功能齐全的海洋卫星数据中心,通过海洋卫星数据处理系统,具备多星数据的处理能力,目前主要针对海洋一号和海洋二号系列卫星生产海洋水色和动力环境的1级、2级和3级标准数据产品以及专题数据产品,并通过存档分发系统分发给各类用户使用。

    为了提高卫星数据的定量化水平,正在建设海上定标与真实性检验场网,并加强多种形式的国内外合作和数据共享,完善定标和检验体系,提升全球海域范围内的海洋卫星定标检验能力。

    为了进一步提升星地一体业务化运行与服务能力,将建设统一任务综合管控系统,建立多星任务仿真系统,提供多源卫星运行情况的模拟展示功能,实现基于海洋观测任务的海洋卫星体系调度仿真,实现对海洋重要物理参数协同观测,最大程度满足用户对海洋遥感数据的需求。

    同时,建设多源卫星遥感数据协同生产系统,增加数据产品种类,提高数据产品处理时效,加强全球海洋遥感监测基础产品和近海海域遥感监测产品制作,增加海洋要素产品的种类,具备多星多源卫星数据融合处理能力。加强应用支撑能力建设,构建海洋遥感数据快速处理体系,为海洋遥感应用提供高效、便捷的数据产品服务。

    相关链接:国际海洋卫星发展概况

    当前,国际上航天强国中对海洋的观测采用与我国不同的发展思路,通过开发多种用途的卫星,使其具备海洋观测的功能。

    美国在轨运行的卫星和2035年之前的卫星计划中具备海洋观测功能的卫星有近30颗,其仍是卫星种类最多、技术指标最先进的航天强国。通过自主研发和合作研发的方式,形成了获取全球海面高度信息的JASON卫星系列;获取海洋重力场的GRACE卫星系列;获取海洋水色和海温的JPSS极轨卫星系列;获取海面温度和海冰信息的静止轨道GOES卫星系列;用于激光测高的Icesat-2卫星系列等等。

    欧洲的卫星主要由欧空局和欧洲气象卫星应用组织来研发,目前在轨和后续卫星约为25颗,主要卫星系列有Sentinel系列,Metop系列和Cryosat系列等,具备海面高度、海面盐度、风场、海温、波高、波浪谱、重力场和海洋水色等海洋环境信息的观测能力,具有卫星种类多、观测要素全,卫星成系列发展的特点。

    俄罗斯在轨和后续卫星有10颗,有Meteor,Elektro和Kondor等多个卫星系列,主要载荷有SAR、高光谱成像仪、微波散射计等,还是第一个规划有极地卫星系列的国家。

    另外,日本、加拿大、阿根廷、意大利、德国和韩国等都有各自的卫星计划,但海洋环境要素的获取能力和种类方面都不全面。除了我国之外,只有印度规划和实施了海洋卫星观测系列(OceanSat系列),用于海洋水色和海面风场、海面温度等部分海洋动力环境要素的观测。但是,印度用于海洋观测卫星上的主载荷—雷达高度计、微波辐射计和微波散射计分别由美国和法国研发,未实现自主研制。

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