焦點(diǎn)訪談丨來自太空的“高分”守護(hù)

“航天點(diǎn)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一個個實(shí)現(xiàn)。今年，建造中國空間站的夢想也將變成現(xiàn)實(shí)。航天夢托舉中國夢。我們仰望星空，追逐星辰大海，目的是守望地球家園、造福人類。此時此刻，頭頂?shù)奶炜丈?，除了天和核心艙，還有中國的幾百顆衛(wèi)星在守護(hù)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(lǐng)？又實(shí)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(yùn)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(wǎng)”。高分三號是高分辨率合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，它是遙感衛(wèi)星中的一種。遙感衛(wèi)星的主要任務(wù)是利用遠(yuǎn)距離的探測技術(shù)，對地表和地球自然現(xiàn)象進(jìn)行觀測。高分三號最大的特點(diǎn)是具備全天時、全天候的觀測成像能力。與裝備光學(xué)相機(jī)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(dá)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(tuán)五院高分三號系列衛(wèi)星總指揮、總設(shè)計師張慶君說：“國際上基本上就3到5米分辨率，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，所以在同類中還是最高的。”

投影在地面的藍(lán)色線條內(nèi)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，從10公里到650公里，其中劃分的每一個方格一般被稱為一景。高分三號衛(wèi)星研制成功之前，我國民用合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)圖像均為進(jìn)口，一景高分辨率圖像價格達(dá)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(jié)束了我國雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)圖像長期依靠國外的歷史。

張慶君說：“A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(xiàng)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(xiàng)為16個重大科技專項(xiàng)之一，從2010年開始實(shí)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(xiàng)工程規(guī)劃的高分辨率衛(wèi)星齊聚太空，共同守護(hù)神州大地和地球家園。

國家高分重大專項(xiàng)工程副總指揮、總設(shè)計師趙堅說：“這個工程最大的特點(diǎn)是立足于自主可控，由中國人自己的力量來進(jìn)行研制。突破了對地觀測高精度的遙感衛(wèi)星一系列關(guān)鍵技術(shù)，使我們國家的對地觀測衛(wèi)星整個技術(shù)水平上了一個臺階。”

高分七星，個個本領(lǐng)高強(qiáng)。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(yuǎn)，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(nóng)業(yè)作物進(jìn)行普查和估產(chǎn)。高分七號被稱為“3D攝影師”，能夠繪制立體地圖。

趙堅說：“它產(chǎn)生的豐富影像和技術(shù)成果，在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)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(shè)交通等等各個方面?！?/p>

高分三號衛(wèi)星因?yàn)榫哂腥鞎r、全天候、高精度測量等突出本領(lǐng)，被稱為太空“神探”。特別是自然災(zāi)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(yán)重洪澇災(zāi)害。災(zāi)情發(fā)生期間，氣象條件惡劣，為了精準(zhǔn)研判災(zāi)情，指揮排險救援，國家航天局緊急調(diào)度以高分三號為主的遙感衛(wèi)星對災(zāi)區(qū)進(jìn)行應(yīng)急觀測成像，助力國家減災(zāi)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(guān)決策部門提供了直觀及時的空間信息數(shù)據(jù)支撐。

應(yīng)急管理部國家減災(zāi)中心(衛(wèi)星減災(zāi)應(yīng)用中心)衛(wèi)星應(yīng)用部主任 研究員李素菊說：“高分三號衛(wèi)星的特點(diǎn)就是能夠穿透云霧，而且不受白天、晚上的條件限制，特別適合對自然災(zāi)害災(zāi)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，特別是洪澇災(zāi)害，再加上高分三號SAR（合成孔徑雷達(dá)）衛(wèi)星對于水體具有很強(qiáng)的探測能力，在洪澇災(zāi)害的整個過程中應(yīng)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(dá)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(xì)節(jié)的高分辨模式。它可以監(jiān)測海上目標(biāo)、海冰、海浪、海洋內(nèi)波和海洋風(fēng)，在海洋航運(yùn)安全、海洋維權(quán)、海上氣象預(yù)報領(lǐng)域能發(fā)揮重要作用。

自然資源部國家衛(wèi)星海洋應(yīng)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(fēng)的影響范圍和臺風(fēng)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(diǎn)是南極中山站附近。當(dāng)時執(zhí)行第38次南極科考任務(wù)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(xué)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(shí)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(dá)中山站。

林明森說：“因?yàn)樵诒戏瓷渎侍貏e高，所以光學(xué)圖像經(jīng)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(dá)加上極化信息，能夠高質(zhì)量看到冰縫和冰的類型識別?！?/p>

高分三號運(yùn)行在離地球約750公里的軌道，它不僅可以對靜止的目標(biāo)和環(huán)境觀測成像，還可以對運(yùn)動的目標(biāo)觀測成像。2018年3月，我國首個空間實(shí)驗(yàn)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(guān)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(yùn)動目標(biāo)的特點(diǎn)，應(yīng)急調(diào)度高分三號對“天宮一號”再入大氣層前進(jìn)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(dá)成像，圖像顯示“天宮一號”結(jié)構(gòu)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(jīng)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(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)勇于自主創(chuàng)新，歷時5年多，攻克了50多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)和國際空白，使我國在這一領(lǐng)域的衛(wèi)星研制技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

合成孔徑雷達(dá)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(dá)15米，是我國研制的遙感衛(wèi)星當(dāng)中最大的天線。面對這個最大天線，研制團(tuán)隊(duì)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(wù)，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了解決問題的技術(shù)方法，他們采用計算機(jī)仿真模擬測試100%方向圖，然后選取5%的典型方向圖進(jìn)行實(shí)測驗(yàn)證?？删瓦@5%也不是件輕松的任務(wù)，每一組數(shù)據(jù)都至少需要15個小時的連續(xù)測試，不能中斷。為此，整個團(tuán)隊(duì)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(shè)了AIS船舶識別系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)監(jiān)測全球海洋上航行的船只。還增加了星上實(shí)時數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)崿F(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(wǎng)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(nèi)能夠?qū)δ骋粎^(qū)域成像5次。

發(fā)揮科技重大專項(xiàng)舉國體制的優(yōu)勢，經(jīng)過12年的科技攻關(guān)和不懈努力，目前，包括高分三號三顆星在內(nèi)，高分家族已經(jīng)發(fā)射了13顆衛(wèi)星。高分衛(wèi)星應(yīng)用分發(fā)的遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)超過4000多萬景，廣泛服務(wù)于國計民生各個領(lǐng)域。

趙堅說：“到2020年就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源90%以上國產(chǎn)化自主可控，這是一個巨大的進(jìn)步。讓我們切身體會到關(guān)鍵核心技術(shù)是買不來、要不來、討不來的，必須有自己的技術(shù)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、到北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，衛(wèi)星其實(shí)離我們每一人都很近，中國目前在軌運(yùn)行應(yīng)用衛(wèi)星的數(shù)量超過500顆。高分衛(wèi)星正越來越走進(jìn)我們的生活，國家航天局正在打造“國家遙感數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)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(gòu)建太空領(lǐng)域人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)中國的“高分”力量。

制片人丨李作詩

主編丨劉寧

編輯丨瞿貴祥

攝像丨席鳴

策劃丨汪力

配音丨姚宇軍

責(zé)編丨溫娜 馬汝濤

剪輯丨趙鵬 周維

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