焦點訪談:來自太空的“高分”守護
央視網消息(焦點訪談):“航天點亮夢想”,今天是第七個中國航天日。近幾年,從“嫦娥”奔月到“祝融”探火、“羲和”逐日,中國航天人的夢想正在一個個實現(xiàn)。今年,建造中國空間站的夢想也將變成現(xiàn)實。航天夢托舉中國夢。我們仰望星空,追逐星辰大海,目的是為了守望地球家園、造福人類。此時此刻我們的頭頂天空上,除了天和核心艙,還有中國的幾百顆衛(wèi)星在守護神州大地和地球家園,其中就有一顆不久前發(fā)射的高分三號03星。它有什么本領?又實現(xiàn)了航天人的什么夢想呢?
2022年4月7日,高分三號03星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號丙運載火箭成功發(fā)射。高分三號03星與2016年發(fā)射的高分三號01星、2021年發(fā)射的高分三號02星,三星攜手在太空中組成星座,織就一張“天眼網”。高分三號是高分辨率合成孔徑雷達衛(wèi)星,它是遙感衛(wèi)星中的一種。遙感衛(wèi)星的主要任務是利用遠距離的探測技術,對地表和地球自然現(xiàn)象進行觀測。高分三號最大的特點是具備全天時、全天候的觀測成像能力。與裝備光學相機的遙感衛(wèi)星不一樣,高分三號從太空主動發(fā)射微波到地球,通過地面反射來成像,所以它不受光照、云層和天氣的約束與影響。高分三號的分辨率可以達到1米,在世界上同類衛(wèi)星中,它是分辨率最“?!钡囊粋€。
中國航天科技集團五院高分三號系列衛(wèi)星總指揮、總設計師張慶君說:“國際上基本上就是3到5米的分辨率,咱們現(xiàn)在是1米的分辨率,通過一些特殊處理,還可以做到0.5米這樣的質量,所以在同類中還是最高的?!?/p>
這些投影在地面的藍色線條內的長條帶是高分三號衛(wèi)星每次飛過時觀測成像的區(qū)域,幅寬從10公里到650公里,其中劃分的每一個方格一般稱為一景。高分三號衛(wèi)星研制成功之前,我國民用合成孔徑雷達衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)圖像均為進口,一景高分辨率圖像價格達五六萬,不僅價格昂貴,而且有時在緊急時刻還不能很好地在第一時間獲得。高分三號研制成功,徹底結束了我國雷達遙感數(shù)據(jù)圖像長期依靠國外的歷史。
張慶君說:“A星(01星)發(fā)射完以后,打破了國外的數(shù)據(jù)壟斷,有一部分自己的數(shù)據(jù),但是仍然難以滿足用戶需求,所以又再發(fā)射02、03星?!?/p>
高分三號是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項規(guī)劃的七個型號高分衛(wèi)星中的一個。近年來,隨著中國高速發(fā)展,很多行業(yè)都急需高分辨率的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖像,為了改變我國高分辨率遙感數(shù)據(jù)受制于人的狀況,國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃確定高分重大專項為16個重大科技專項之一,從2010年開始實施,被稱為“天眼工程”。目前,從高分一號到高分七號,高分重大專項工程規(guī)劃的高分辨率衛(wèi)星齊聚太空,共同守護神州大地和地球家園。
國家高分重大專項工程副總指揮、總設計師趙堅說:“這個工程最大的特點是立足于自主可控,由中國人自己的力量來進行研制。突破了對地觀測高精度的遙感衛(wèi)星一系列關鍵技術,使我們國家的對地觀測衛(wèi)星整個技術水平上了一個臺階。”
高分七星,個個本領高強。高分一號看得廣,一眼能看800公里見方。高分二號目光銳利,分辨率優(yōu)于0.8米,能看清路上的汽車。高分四號站高望遠,工作在36000公里的地球同步軌道,可以對大范圍區(qū)域長時間凝視,觀測動態(tài)變化。高分五號是世界上首顆可以同時對陸地和大氣觀測的高光譜衛(wèi)星,是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的好幫手。 高分六號能對全球農業(yè)作物進行普查和估產。高分七號被稱為“3D攝影師”,能夠繪制立體地圖。
趙堅說:“它產生的豐富影像和技術成果,在國民經濟各個領域都得到了廣泛應用,比如測繪、氣象、海洋,還有國土普查、環(huán)境監(jiān)測、智慧城市建設、交通等各個方面?!?/p>
高分三號衛(wèi)星因為具有全天時、全天候、高精度測量等突出本領,被稱為太空“神探”。特別是自然災害發(fā)生時,高分三號衛(wèi)星能夠發(fā)揮神威。2021年7月,河南省遭遇歷史罕見特大暴雨,發(fā)生嚴重洪澇災害。災情發(fā)生期間,氣象條件惡劣,為了精準研判災情,指揮排險救援,國家航天局緊急調度以高分三號為主的遙感衛(wèi)星對災區(qū)進行應急觀測成像,助力國家減災中心完成鄭州、新鄉(xiāng)、安陽、鶴壁等市縣專題圖700多幅,為相關決策部門提供了直觀及時的空間信息數(shù)據(jù)支撐。
應急管理部國家減災中心(衛(wèi)星減災應用中心)衛(wèi)星應用部主任、研究員李素菊說:“高分三號衛(wèi)星的特點就是能夠穿透云霧,而且不受白天、晚上的條件限制,所以適合對自然災害災區(qū)進行監(jiān)測,特別是比較典型的洪澇災害,再加上高分三號SAR(合成孔徑雷達)衛(wèi)星對于水體具有很強的探測能力,所以在洪澇災害的整個過程中應用還是非常好的?!?/p>
高分三號作為高分七星中唯一的微波雷達衛(wèi)星,不僅可以探地,還可以觀海。高分三號具有12種工作模式,分辨率從1米到500米,就像照相,既有大幅寬的廣角觀測模式,也有微距刻畫細節(jié)的高分辨模式。它可以監(jiān)測海上目標、海冰、海浪、海洋內波和海洋風,在海洋航運安全、海洋維權、海上氣象預報領域能發(fā)揮重要作用。
自然資源部國家衛(wèi)星海洋應用中心主任林明森說:“高分三號的海洋觀測模式是百米量級的,傳統(tǒng)上其他氣象衛(wèi)星是公里級的,海洋二號是十公里級的,對臺風的影響范圍和臺風眼的位置,能夠提供更精確的觀測資料和數(shù)據(jù)?!?/p>
這張高分三號監(jiān)測圖片成像時間是2021年12月12日,地點是南極中山站附近。當時執(zhí)行第38次南極科考任務的“雪龍”號突遇極端氣候,航道被凍,“雪龍”號被困冰中。從2018年第35次南極科學考察開始,高分三號一直監(jiān)測極地浮冰的動態(tài)變化,為 “雪龍”號破冰航行提供保障。根據(jù)高分三號實時監(jiān)測遙感信息指引,“雪龍”號順利找到冰縫,規(guī)劃合理路線,破冰航行,終于抵達中山站。
林明森說:“因為在冰上反射率特別高,所以光學圖像經常飽和,冰水的識別和冰縫的識別有時候還是比較困難的,高分三號是雷達加上極化信息,能夠高質量看到冰縫和識別冰的類型。”
高分三號運行在離地球約750公里的軌道,它不僅可以對靜止的目標和環(huán)境觀測成像,還可以對運動的目標觀測成像。2018年3月,我國首個空間實驗室“天宮一號”完成在軌使命,即將再入大氣層燒毀,國際上有人故意散布“天宮一號”會在再入前解體,變成太空垃圾碎片,影響外層空間安全,引發(fā)關注。“天宮一號”飛行軌道高度離地面約350公里,國家航天局利用高分三號衛(wèi)星能夠監(jiān)測運動目標的特點,應急調度高分三號對“天宮一號”再入大氣層前進行觀測。這是2018年3月24日高分三號成功觀測到的“天宮一號”雷達成像,圖像顯示“天宮一號”結構完整,再入前未發(fā)生大規(guī)模解體,未對空間軌道環(huán)境造成污染。
高分三號01星是2016年8月發(fā)射的,已經在軌工作了5年多,向各行業(yè)用戶分發(fā)數(shù)據(jù)超過195萬景。為了研制高分三號,中國航天科技集團五院研制團隊勇于自主創(chuàng)新,歷時5年多,攻克了50多項關鍵技術,多項技術添補了國內和國際空白,使我國在這一領域的衛(wèi)星研制技術達到世界先進水平。
合成孔徑雷達天線是高分三號載荷的重要組成部分。整個天線展開以后長達15米,是我國研制的遙感衛(wèi)星當中最大的天線。面對這個最大天線,研制團隊遇到一個最大挑戰(zhàn),就是這個15米長的大天線有超過96萬個方向圖,如果在地面全部測試完,需要10年的時間。面對不可能完成的任務,研制團隊創(chuàng)新提出了解決問題的技術方法,他們采用計算機仿真模擬測試100%方向圖,然后選取5%的典型方向圖進行實測驗證。可就這5%也不是件輕松的任務,每一組數(shù)據(jù)至少需要15個小時的連續(xù)測試,不能中斷。為此,整個團隊連續(xù)奮斗了一個多月。
和高分三號01星相比,去年和今年發(fā)射的02星和03星上增設了AIS船舶識別系統(tǒng),能夠精準監(jiān)測全球海洋上航行的船只,還增加了星上實時數(shù)據(jù)處理功能,能夠實現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)分發(fā)從小時級到分鐘級的跨越。并且,三星組網后,整體成像能力將大幅提升,平均重訪周期由單星15小時縮短至5小時,一天內能夠對某一區(qū)域成像5次。
發(fā)揮科技重大專項舉國體制的優(yōu)勢,經過12年的科技攻關和不懈努力,目前,包括高分三號三顆星在內,高分家族已經發(fā)射了13顆衛(wèi)星。高分衛(wèi)星應用分發(fā)的遙感數(shù)據(jù)已經超過4000多萬景,廣泛服務于國計民生各個領域。
趙堅說:“到2020年就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源90%以上國產化自主可控,這是一個巨大的進步。高分專項工程的實施讓我們切身體會到關鍵核心技術是買不來、要不來、討不來的,必須由自己的技術人員、自己的科研工作者來攻克,來解決。高分人奮斗拼搏,形成了高分精神:洞察天地、致廣精微、創(chuàng)新超越、砥礪前行、開放共享、造福人類?!?/p>
從遙感觀測衛(wèi)星到通信衛(wèi)星,再到北斗導航衛(wèi)星,衛(wèi)星其實離我們每個人都很近,中國目前在軌運行應用衛(wèi)星的數(shù)量超過500顆。高分衛(wèi)星正越來越走進我們的生活,國家航天局正在打造“國家遙感數(shù)據(jù)與應用服務平臺”,不久將開放上線,方便公眾查閱使用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)。同時,國家航天局積極推動國際合作交流,幫助更多國家分享中國“高分”數(shù)據(jù),為構建太空領域人類命運共同體貢獻中國的“高分”力量。
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