中國航天近期又有一次引人矚目的發(fā)射。5月9日2時28分,我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭成功發(fā)射高分五號衛(wèi)星。這是世界首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星,也是我國光譜分辨率最高的衛(wèi)星。高分五號衛(wèi)星的成功發(fā)射,是我國實現(xiàn)高光譜分辨率對地觀測能力的重要標志,將滿足環(huán)境綜合監(jiān)測等方面的迫切需求,對掌握高光譜遙感信息資源自主權,助力建設美麗中國具有重要意義。

高分五號衛(wèi)星的本領為何這么強?衛(wèi)星上搭載了哪些“神器”,又能發(fā)揮什么作用?

高分五號衛(wèi)星將填補國產衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白

高分五號是一顆什么樣的衛(wèi)星?

高分專項工程總設計師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東說,高分五號是高分專項(高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項)規(guī)劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測衛(wèi)星,是世界上首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星,也是我國高分專項中一顆重要的技術試驗星。

專家介紹,高光譜遙感是當前遙感技術的前沿領域。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特征,光譜因此被視為辨別物質的“指紋”,是用以識別和分析不同物體特征的一種重要的“身份證”。而高分五號衛(wèi)星與此前發(fā)射的高分一號、二號、四號衛(wèi)星有所不同。光學成像只能看到物質的形狀、尺寸等,高分五號衛(wèi)星具備的光譜成像技術,可使光譜與圖像結合為一體,探測物質的具體成分。

高分專項應用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心主任王橋表示,目前我國在大氣污染防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、中央環(huán)保督察、環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件應急處置等日常工作中,已經越來越離不開遙感監(jiān)測的支撐。但對于大范圍、定量化、同步觀測要求較高的生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測,現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據在數(shù)據覆蓋和重訪能力、空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率等方面都存在很大差距,嚴重制約了衛(wèi)星遙感技術在生態(tài)環(huán)境保護工作中的應用。

據了解,高分五號衛(wèi)星是以生態(tài)環(huán)境部為牽頭用戶、自然資源部和中國氣象局等為主要用戶的環(huán)境專用衛(wèi)星,具有高光譜、大范圍、定量化探測等特點,面向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測搭載的多個大氣探測載荷具備大幅寬、高光譜及偏振探測能力,使二氧化氮和二氧化硫等污染氣體、二氧化碳和甲烷等溫室氣體高精度遙感探測成為可能。

因此,高分五號衛(wèi)星將填補國產衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白,通過對大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等物理要素的監(jiān)測,動態(tài)反映我國大氣污染狀況。同時,高分五號衛(wèi)星還可以對內陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物、巖礦類別進行探測,為我國環(huán)境監(jiān)測、資源勘查、防災減災等行業(yè),提供高質量、高可靠性的高光譜數(shù)據。

裝載的陸地觀測載荷和大氣類觀測載荷讓高分五號衛(wèi)星擁有了“火眼金睛”

高分五號搭載了哪些“神器”?

從2012年12月立項,到今年5月發(fā)射,高分五號的研制歷時65個月。衛(wèi)星設計壽命8年,裝載2臺全新研制的陸地觀測載荷和4臺全新研制的大氣類觀測載荷。這6大載荷“神器”讓高分五號衛(wèi)星擁有了“火眼金睛”。

王橋說,以大氣痕量氣體差分吸收光譜儀為例,它具有從紫外到可見波段獲取高光譜數(shù)據的能力,光譜分辨率高達0.5納米,可用于6種以上大氣痕量氣體成分分布和變化的定量反演,支持空氣質量變化監(jiān)測、各種排放過程對大氣組成成分和全球氣候變化的影響分析。

“再如最新研制的兩個水體陸地探測儀——可見短波紅外高光譜相機和全譜段光譜成像儀,這兩個載荷為我們實現(xiàn)高精度、定量化的水體和陸地生態(tài)環(huán)境要素監(jiān)測提供先進的技術手段。”王橋說,這兩個載荷在水環(huán)境監(jiān)測方面,可用于水體污染物監(jiān)測、飲用水源地環(huán)境風險監(jiān)測、城市黑臭水體監(jiān)測、近岸海域水環(huán)境監(jiān)測等;在陸地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面可用于地表精細分類、開發(fā)、建設、生產活動引起的生態(tài)破壞和生態(tài)影響監(jiān)測、生態(tài)系統(tǒng)狀況及動態(tài)變化監(jiān)測、中央環(huán)保督察及環(huán)境專項執(zhí)法檢查技術支持等。

童旭東介紹,高分五號衛(wèi)星的譜段范圍寬,可實現(xiàn)紫外至長波紅外譜段的高光譜觀測,是國際上首次實現(xiàn)對大氣和陸地進行綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星。此外也是國內光譜分辨率最高的衛(wèi)星,實現(xiàn)了對氮氧化合物、二氧化硫等痕量氣體的高光譜監(jiān)測,光譜分辨率為0.3—0.5納米。

高分五號還是國內探測手段最多的光學遙感衛(wèi)星,同時具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀測手段,工作模式多達26種,可以實現(xiàn)多種觀測數(shù)據融合應用。

此外,高分五號衛(wèi)星定標精度高,星上載荷光譜定標精度達0.008波數(shù),為國內衛(wèi)星之最。就像一把尺子是否準確需要標校一樣,高精度定標是高光譜衛(wèi)星定量化應用的基礎,是衛(wèi)星探測信息準確不失真的重要保證。

高分五號所在的“高分家族”,可以說個個都有絕活

高分五號所在的“高分家族”什么樣?還有哪些“高分兄弟”?

童旭東說,高分專項是國家16個重大科技專項之一,于2010年批準啟動實施。經過8年的努力,我國已成功發(fā)射高分一號至五號衛(wèi)星,今年還將發(fā)射高分六號衛(wèi)星。

如果用一句話來介紹這些“高分兄弟”的話,可以說個個都有絕活。

高分一號實現(xiàn)了中高分辨率與大幅寬相結合的觀測能力。高分一號衛(wèi)星視野廣闊,一眼下去覆蓋800公里,4天即可完整觀測地球一遍,航天科研人員稱其是“大幅寬成像”。

高分二號標志著我國民用遙感衛(wèi)星跨入亞米級分辨率時代。它可以用“目光銳利”來形容,如果說地球上的小轎車在高分一號衛(wèi)星的眼中還只是一個黑點的話,那么,高分二號衛(wèi)星已經能分辨出小轎車是兩廂還是三廂了。

高分三號是我國首顆1米分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛(wèi)星,最大的特點就是具備全天時、全天候的成像能力,不管白天或黑夜、晴空或雷雨多云,隨時都能對地成像,尤其適合應用于防災減災。

高分四號是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛(wèi)星。它不像高分一號衛(wèi)星和高分二號衛(wèi)星那樣在600—700公里的近地軌道環(huán)繞地球“奔跑”,而是站在距地36000公里的地球同步軌道上相對靜止地駐留凝望,可以對某一目標區(qū)域持續(xù)進行觀測。

今年將要發(fā)射的高分六號衛(wèi)星,是我國首顆設置紅邊譜段的多光譜遙感衛(wèi)星。

高分專項的實施大幅度提升了我國民用遙感衛(wèi)星技術水平,低軌衛(wèi)星空間分辨率由實施前最高2.1米提高到0.8米,地球同步遙感衛(wèi)星分辨率由千米級提高到50米,低軌遙感衛(wèi)星設計壽命由3年大幅提高到8年。

“高分家族”的衛(wèi)星,從太陽同步軌道到地球同步軌道,從可見光到微波,從普查到詳查,初步構成了我國自主高分辨率對地觀測系統(tǒng)并形成體系能力。

在衛(wèi)星數(shù)據應用方面,高分專項突破了數(shù)據遙感政策、共性關鍵技術、數(shù)據與資源共享、服務創(chuàng)業(yè)平臺等方面的管理技術瓶頸。目前,高分衛(wèi)星數(shù)據已在20余個行業(yè)、30個省(自治區(qū)、直轄市)得到廣泛應用,在很大程度上實現(xiàn)了對國外同類型衛(wèi)星數(shù)據的替代。

這些衛(wèi)星數(shù)據有力支撐了各級政府治理能力和治理體系現(xiàn)代化,在軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議、精準扶貧中發(fā)揮了重要作用。(馮 華)