解密“高分五號(hào)”衛(wèi)星：環(huán)境保護(hù)再添“天眼”

 中國(guó)航天近期又有一次引人矚目的發(fā)射。5月9日2時(shí)28分，我國(guó)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射高分五號(hào)衛(wèi)星。這是世界首顆實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸地綜合觀測(cè)的全譜段高光譜衛(wèi)星，也是我國(guó)光譜分辨率最高的衛(wèi)星。高分五號(hào)衛(wèi)星的成功發(fā)射，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率對(duì)地觀測(cè)能力的重要標(biāo)志，將滿足環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)等方面的迫切需求，對(duì)掌握高光譜遙感信息資源自主權(quán)，助力建設(shè)美麗中國(guó)具有重要意義。

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

高分五號(hào)衛(wèi)星將填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星無(wú)法有效探測(cè)區(qū)域大氣污染氣體的空白

高分五號(hào)是一顆什么樣的衛(wèi)星?

高分專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師、國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心主任童旭東說(shuō)，高分五號(hào)是高分專項(xiàng)(高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng))規(guī)劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測(cè)衛(wèi)星，是世界上首顆實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸地綜合觀測(cè)的全譜段高光譜衛(wèi)星，也是我國(guó)高分專項(xiàng)中一顆重要的技術(shù)試驗(yàn)星。

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

高分專項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任王橋表示，目前我國(guó)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(yīng)急處置等日常工作中，已經(jīng)越來(lái)越離不開遙感監(jiān)測(cè)的支撐。但對(duì)于大范圍、定量化、同步觀測(cè)要求較高的生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)覆蓋和重訪能力、空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜分辨率等方面都存在很大差距，嚴(yán)重制約了衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中的應(yīng)用。

據(jù)了解，高分五號(hào)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(guó)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(cè)等特點(diǎn)，面向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)搭載的多個(gè)大氣探測(cè)載荷具備大幅寬、高光譜及偏振探測(cè)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(cè)成為可能。

因此，高分五號(hào)衛(wèi)星將填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星無(wú)法有效探測(cè)區(qū)域大氣污染氣體的空白，通過(guò)對(duì)大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等物理要素的監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)反映我國(guó)大氣污染狀況。同時(shí)，高分五號(hào)衛(wèi)星還可以對(duì)內(nèi)陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物、巖礦類別進(jìn)行探測(cè)，為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘查、防災(zāi)減災(zāi)等行業(yè)，提供高質(zhì)量、高可靠性的高光譜數(shù)據(jù)。

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

高分五號(hào)搭載了哪些“神器”?

從2012年12月立項(xiàng)，到今年5月發(fā)射，高分五號(hào)的研制歷時(shí)65個(gè)月。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命8年，裝載2臺(tái)全新研制的陸地觀測(cè)載荷和4臺(tái)全新研制的大氣類觀測(cè)載荷。這6大載荷“神器”讓高分五號(hào)衛(wèi)星擁有了“火眼金睛”。

王橋說(shuō)，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(jù)的能力，光譜分辨率高達(dá)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(zhì)量變化監(jiān)測(cè)、各種排放過(guò)程對(duì)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(gè)水體陸地探測(cè)儀——可見短波紅外高光譜相機(jī)和全譜段光譜成像儀，這兩個(gè)載荷為我們實(shí)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(cè)提供先進(jìn)的技術(shù)手段。”王橋說(shuō)，這兩個(gè)載荷在水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，可用于水體污染物監(jiān)測(cè)、飲用水源地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、城市黑臭水體監(jiān)測(cè)、近岸海域水環(huán)境監(jiān)測(cè)等;在陸地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面可用于地表精細(xì)分類、開發(fā)、建設(shè)、生產(chǎn)活動(dòng)引起的生態(tài)破壞和生態(tài)影響監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)狀況及動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、中央環(huán)保督察及環(huán)境專項(xiàng)執(zhí)法檢查技術(shù)支持等。

童旭東介紹，高分五號(hào)衛(wèi)星的譜段范圍寬，可實(shí)現(xiàn)紫外至長(zhǎng)波紅外譜段的高光譜觀測(cè)，是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸地進(jìn)行綜合觀測(cè)的全譜段高光譜衛(wèi)星。此外也是國(guó)內(nèi)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮氧化合物、二氧化硫等痕量氣體的高光譜監(jiān)測(cè)，光譜分辨率為0.3—0.5納米。

高分五號(hào)還是國(guó)內(nèi)探測(cè)手段最多的光學(xué)遙感衛(wèi)星，同時(shí)具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀測(cè)手段，工作模式多達(dá)26種，可以實(shí)現(xiàn)多種觀測(cè)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用。

此外，高分五號(hào)衛(wèi)星定標(biāo)精度高，星上載荷光譜定標(biāo)精度達(dá)0.008波數(shù)，為國(guó)內(nèi)衛(wèi)星之最。就像一把尺子是否準(zhǔn)確需要標(biāo)校一樣，高精度定標(biāo)是高光譜衛(wèi)星定量化應(yīng)用的基礎(chǔ)，是衛(wèi)星探測(cè)信息準(zhǔn)確不失真的重要保證。

高分五號(hào)所在的“高分家族”，可以說(shuō)個(gè)個(gè)都有絕活

高分五號(hào)所在的“高分家族”什么樣?還有哪些“高分兄弟”?

童旭東說(shuō)，高分專項(xiàng)是國(guó)家16個(gè)重大科技專項(xiàng)之一，于2010年批準(zhǔn)啟動(dòng)實(shí)施。經(jīng)過(guò)8年的努力，我國(guó)已成功發(fā)射高分一號(hào)至五號(hào)衛(wèi)星，今年還將發(fā)射高分六號(hào)衛(wèi)星。

如果用一句話來(lái)介紹這些“高分兄弟”的話，可以說(shuō)個(gè)個(gè)都有絕活。

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

高分二號(hào)標(biāo)志著我國(guó)民用遙感衛(wèi)星跨入亞米級(jí)分辨率時(shí)代。它可以用“目光銳利”來(lái)形容，如果說(shuō)地球上的小轎車在高分一號(hào)衛(wèi)星的眼中還只是一個(gè)黑點(diǎn)的話，那么，高分二號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)能分辨出小轎車是兩廂還是三廂了。

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

高分四號(hào)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(hào)衛(wèi)星和高分二號(hào)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(duì)靜止地駐留凝望，可以對(duì)某一目標(biāo)區(qū)域持續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。

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

高分專項(xiàng)的實(shí)施大幅度提升了我國(guó)民用遙感衛(wèi)星技術(shù)水平，低軌衛(wèi)星空間分辨率由實(shí)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(jí)提高到50米，低軌遙感衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命由3年大幅提高到8年。

“高分家族”的衛(wèi)星，從太陽(yáng)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(gòu)成了我國(guó)自主高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)并形成體系能力。

在衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，高分專項(xiàng)突破了數(shù)據(jù)遙感政策、共性關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)與資源共享、服務(wù)創(chuàng)業(yè)平臺(tái)等方面的管理技術(shù)瓶頸。目前，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在20余個(gè)行業(yè)、30個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)得到廣泛應(yīng)用，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外同類型衛(wèi)星數(shù)據(jù)的替代。

這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)有力支撐了各級(jí)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(zhǔn)扶貧中發(fā)揮了重要作用。