李意 徐冰 （ 中國空間技術(shù)研究院， 北京空間科技信息研究所）

2019年6月12日，加拿大的下一代雷達成像衛(wèi)星星座――“雷達衛(wèi)星星座任務”（RCM）的3顆衛(wèi)星搭乘獵鷹―9（Falcon―9）火箭發(fā)射升空。RCM星座是中分辨率衛(wèi)星任務，主要用于對加拿大廣闊國土和海域進行定期監(jiān)測。中分辨率數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)據(jù)結(jié)合使用，將極大增強加拿大資源管理和環(huán)境監(jiān)測能力。

1 衛(wèi)星概況

RCM是雷達衛(wèi)星-2（RadarSat-2）的后續(xù)任務，于2004年正式立項，主承包商是加拿大麥克唐納·迪特維利聯(lián)合有限公司[MDA，已于2017年更名為麥克薩技術(shù)公司（Maxar Technologies）]，負責衛(wèi)星設計、建造和測試。RCM項目共有來自加拿大7個省的125家供應商參與。發(fā)射后，RCM星座進入試運行階段，通過3～6個月的在軌測試確保星座能夠按照設計目標和指標要求正常運行。2019年秋，RCM星座將開始正式業(yè)務運行。

RCM星座采用多顆小衛(wèi)星組網(wǎng)協(xié)同運行的方式，與單個大衛(wèi)星相比，RCM擁有一個更穩(wěn)健、更靈活的系統(tǒng)，發(fā)射和運行成本也更低。通過星座組網(wǎng)配置實現(xiàn)更快速重訪和動態(tài)監(jiān)測，能夠滿足加拿大特有的對海上、國土、北極等區(qū)域的監(jiān)視需求。

RCM星座由3顆構(gòu)型完全相同的衛(wèi)星組成，在軌協(xié)同工作，每顆衛(wèi)星質(zhì)量1400kg，長1.7m，寬1.1m，高3.6m（天線展開后跨度6.98m），設計壽命7年，運行于高度約600km、傾角98°的太陽同步軌道，三星運行于同一軌道面，等間距分布，相鄰兩顆衛(wèi)星的時距為32min。

RCM星座地面段主要基于現(xiàn)有雷達衛(wèi)星地面段進行升級改造，以滿足RCM星座的運行需求。加拿大航天局（CSA）的任務運行中心（MOC）主要負責任務規(guī)劃、衛(wèi)星運管、圖像質(zhì)量評估、數(shù)據(jù)分發(fā)等。RCM圖像數(shù)據(jù)通過加拿大自然資源部（NRCan）開發(fā)的新的對地觀測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)向加拿大政府相關(guān)用戶進行分發(fā)，確保在10～30min內(nèi)提供數(shù)據(jù)。加拿大航天局將免費公開RCM獲取的大氣科學、空間氣象和行星探測等數(shù)據(jù)。加拿大自然資源部下屬的制圖與對地觀測中心（CCMEO）通過對地觀測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行SAR數(shù)據(jù)長期存檔管理。

2 衛(wèi)星平臺

RCM衛(wèi)星呈長方體，帶有單邊太陽翼，采用加拿大布里斯托爾宇航公司（Bristol Aerospace）的加拿大小衛(wèi)星平臺（SmallSat，也稱為MAC-200平臺），三軸穩(wěn)定控制方式，包括姿態(tài)確定與控制分系統(tǒng)，指令與數(shù)管分系統(tǒng)，電源分系統(tǒng)，推進分系統(tǒng)，遙控、遙測、通信分系統(tǒng)等。遙控遙測采用S頻段，上行速率4kbit/s，下行速率最高為4Mbit/s。數(shù)傳采用X頻段，數(shù)據(jù)率為2×150Mbit/s，星上數(shù)據(jù)存儲容量500Gbit（壽命末期）。

3 有效載荷

RCM衛(wèi)星載有C頻段合成孔徑雷達（SAR）和“船舶自動識別系統(tǒng)”（AIS）。SAR載荷由天線、支撐結(jié)構(gòu)、平臺安裝部件等組成。SAR天線技術(shù)源于雷達衛(wèi)星-2，天線展開后入射角為37.5°。RCM衛(wèi)星具有低分辨率、中分辨率、高分辨率、低噪聲、聚束、全極化等多種成像模式，最高分辨率為1m×3m，RCM星座還具有單軌干涉測量（InSAR）能力。聚束模式適用于小區(qū)域高分辨率成像，寬幅成像模式幅寬高達500km，適用于廣域監(jiān)視。船只探測模式幅寬350km，RCM每天可實現(xiàn)對距離加拿大海岸2000km的所有海域、長25m船只的精確探測。RCM每星每軌平均成像時間15min，最長25min，連續(xù)成像時間12.5min。

RCM衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

RCM衛(wèi)星成像模式

RCM衛(wèi)星成像模式

“船舶自動識別系統(tǒng)”作為次級有效載荷，可獨立或與SAR載荷結(jié)合使用。AIS主要用于監(jiān)測加拿大海上交通，工作在VHF頻段（162MHz），幅寬800km，船只探測精度優(yōu)于90%，可向其他船只以及岸上傳送船只類型、長度、位置、航向、吃水量和危險貨物等信息。

4 加拿大雷達衛(wèi)星指標對比

與雷達衛(wèi)星-2相比，RCM衛(wèi)星有很多改進，包括增加了AIS載荷，改進對船只的探測和跟蹤能力；采用了新的緊湊極化模式；星座設計提高重訪能力，精確重訪時間從雷達衛(wèi)星-2衛(wèi)星的24天縮短到4天（星座）；數(shù)據(jù)獲取能力更強，據(jù)估計，加拿大政府每年大約使用25萬幅RCM圖像數(shù)據(jù)（是第一代雷達衛(wèi)星的50倍以上）。但是，與雷達衛(wèi)星-2不同，RCM數(shù)據(jù)并不對外商業(yè)銷售。

加拿大雷達衛(wèi)星指標對比

雷達衛(wèi)星―2（上圖）與RCM星座（下圖）覆蓋能力對比

5 應用領(lǐng)域

RCM星座接替雷達衛(wèi)星提供連續(xù)的雷達數(shù)據(jù)服務，主要在以下三大關(guān)鍵領(lǐng)域為加拿大提供有效的解決方案和一流的快速響應。

1）海洋監(jiān)測（海冰、海風、溢油、船舶）。對加拿大領(lǐng)海和附近海域?qū)崿F(xiàn)平均每日覆蓋。

2）災害管理（減緩、預警、救援、重建）。能夠定期監(jiān)測加拿大減災情況，評估風險并確定易受損害區(qū)域。

3）生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測（農(nóng)業(yè)、濕地、林業(yè)和海岸變化監(jiān)測）。定期（特殊時期可實現(xiàn)每周數(shù)次）覆蓋加拿大陸地和內(nèi)陸水域。

應用領(lǐng)域不同，對RCM星座的及時性和數(shù)據(jù)延遲（從數(shù)據(jù)采集到分發(fā)）要求也不同。海洋監(jiān)測和災害管理時效性要求高，船舶探測應用要求10min內(nèi)完成從數(shù)據(jù)采集到分發(fā)；其他海洋監(jiān)測應用要求30min；災害管理應用要求2h；生態(tài)監(jiān)測應用要求24h。

RCM星座可每天重訪加拿大國土和附近海域，能夠每天實現(xiàn)對全球90%區(qū)域的覆蓋，對北極地區(qū)每天重訪多達4次，在氣候變化、土地利用演變、海岸變化、城市沉降，甚至是人類對環(huán)境造成的影響等動態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域都將發(fā)揮重要作用。

RCM星座可實現(xiàn)對給定目標的四天精確重訪（雷達衛(wèi)星-1、2的精確重訪時間都是24天，RCM單星重復周期12天），利用InSAR模式可實現(xiàn)相干變化檢測（CCD）。利用干涉測量技術(shù)發(fā)現(xiàn)多幅圖像間的厘米級變化，有利于監(jiān)測地面沉降、土地利用變化等微小運動。在多個成像模式下，RCM都可以實現(xiàn)平均每天全球重訪，滿足大多數(shù)應用要求（相干變化檢測應用要求每周精確重訪1～2次）。