◆孫宇航 王威卜 黃啟宏 袁 虹

“高分五號”衛(wèi)星光學(xué)遙感載荷的技術(shù)創(chuàng)新

◆孫宇航 王威卜 黃啟宏 袁 虹

（成都信息工程大學(xué) 四川 610000）

“高分五號”衛(wèi)星所配置的兩臺遙感載荷代表著當(dāng)時國內(nèi)外載荷研究領(lǐng)域高水準(zhǔn)成就的遙感載荷。不論是對大氣環(huán)境的監(jiān)測，還是光譜成像的效果，比起之前的研究，都向前邁進(jìn)了很大一步。本文主要就“高分五號”所使用的兩臺衛(wèi)星光學(xué)遙感載荷，在技術(shù)層面的創(chuàng)新做一個簡要的研究。以期能夠在遙感載荷的未來發(fā)展方向上有一個更好的展望。

衛(wèi)星光學(xué)；遙感載荷；技術(shù)創(chuàng)新

“高分五號”衛(wèi)星的成功研發(fā)具有重要的意義。它是國家十五年計劃中的專項任務(wù)之一，也是全世界第一顆全譜段的高光譜衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星搭配了6個載荷，分別為大氣環(huán)境中的紅外甚高光譜的分辨率探測器，高光譜的相機，對溫室氣體的探測器，氣溶膠偏振探測器以及針對污染氣體探測的光譜儀。這六個載荷在技術(shù)層面都得到了明顯的改進(jìn)和創(chuàng)新，其中勘察大氣環(huán)境以及探測污染氣體的載荷，還分別是中國首個用于該途徑的光譜儀，而溫室氣體的探測儀，更是國際上首個用于空間外差的有效載荷，這足以見得我國的航天科研技術(shù)正在高速發(fā)展，充分展現(xiàn)我國的雄厚實力。

1 創(chuàng)新技術(shù)點分析

所謂的大氣環(huán)境檢測儀，是我國第一個高光譜分辨率的探測器。它的特殊之處在于分辨率極高，探測范圍最廣，還可以自動跟蹤太陽。它是同種類探測器中，能夠獲得數(shù)據(jù)最為精密，探測氣體種類最多的探測器。而光譜成像儀，譜端范圍廣是它的最大特色。在國際上已經(jīng)發(fā)射成功的衛(wèi)星中，也有搭配有關(guān)光譜成像的載荷，其中搭配載荷譜段最大值是9個譜段，而“高分五號”上的這個光譜成像器，它所包含的譜段共計12個，加上極高的分辨率，使得它能向地球傳回極其珍貴的重要訊息。能夠接收到全譜段的數(shù)據(jù)觀測信息，這在國際上也是第一次，而對于國內(nèi)的技術(shù)提升而言，該技術(shù)的創(chuàng)造也顯得十分有意義。它的出現(xiàn)，填補了國內(nèi)高光譜和多光譜能夠統(tǒng)一進(jìn)行勘測的空白，再用它搭配上大氣勘測的載荷，就可以在“高分五號”上實現(xiàn)水文探測、大氣探測、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測多位一體的實時監(jiān)測。

除此之外，多種觀測模式的集合，也是“高分五號”上載荷技術(shù)創(chuàng)新的特點之一，與傳統(tǒng)模式下單一的觀測模式體驗不同，“高分五號”上的觀測模式多達(dá)二十多種，包含了海陸空各個領(lǐng)域，遙感光學(xué)中所有主要的觀測模式均包含在內(nèi)。這樣豐富的觀測模式，搭配上極高的數(shù)據(jù)傳輸效率，使得衛(wèi)星上接收到的訊號和信息能夠在第一時間傳回地面，這也是其他衛(wèi)星很難做到的。另外，對于使用年限的問題，技術(shù)部門的人員也做了充分的考慮，在仔細(xì)計算衛(wèi)星的原料消耗和材料損耗的基礎(chǔ)上，合理地進(jìn)行使用年限的改進(jìn)，導(dǎo)致整個衛(wèi)星的使用壽命大致在8年左右，達(dá)到了我國遙感衛(wèi)星使用年限之最，這也是技術(shù)創(chuàng)新的一個部分。

2 前景改善分析

任何創(chuàng)新都應(yīng)當(dāng)具有實用性價值，倘使它的實用性價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于前期的創(chuàng)造性投入，那么這種創(chuàng)新作，就算不上是成功的。倘使它的使用價值要遠(yuǎn)高與前期的創(chuàng)造性投入，那么這種創(chuàng)新便顯得很有意義。所以有關(guān)“高分五號”配置的載荷有關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新，究竟是否具有深刻的意義，還須看它的實用價值幾何。

2.1 對大氣環(huán)境的監(jiān)測

由于工業(yè)發(fā)展、人口稠密度增加、人類先前對環(huán)境保護(hù)的重視程度不足等因素的影響，導(dǎo)致我國的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。在京津冀地區(qū)、長三角以及珠三角等工業(yè)發(fā)展的重鎮(zhèn)大氣污染問題十分嚴(yán)重，空氣中的霾含量增加，顆粒物增多，導(dǎo)致空氣質(zhì)量低下。除此之外，空氣中的硫化物增加，二氧化碳含量也增加部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的酸雨現(xiàn)象，這都是大氣污染最直觀的證據(jù)。而汽車尾氣的排放，城市垃圾的處理、焚燒，隨處可見的揚塵，也在進(jìn)一步惡化空氣質(zhì)量，使得空氣中的氧含量逐漸降低。而大氣痕量氣體差分光譜儀等的運用，可以精準(zhǔn)的、實時對大氣中污染物的含量進(jìn)行檢測，對空氣中出現(xiàn)的大量粉塵、顆粒物進(jìn)行實時的檢測預(yù)警。這可以令人類在空氣質(zhì)量將要達(dá)到警戒值時處于被提醒狀態(tài)，在有限的時間內(nèi)對空氣質(zhì)量進(jìn)行一定的拯救和改良，保證廣大居民的生命安全和身體健康。

2.2 對水文環(huán)境的分析

由于大氣環(huán)境的污染，導(dǎo)致了酸雨等現(xiàn)象的出現(xiàn)，這也會對水文環(huán)境造成一定的影響。除此之外，由于大面積的圍湖造田、垃圾焚燒填埋，以及化工污染物的隨處排放，導(dǎo)致水文環(huán)境變得愈加糟糕。不僅是江河湖泊的水資源受到了嚴(yán)峻的威脅，飲用水的質(zhì)量也在逐年下降。要解決這些問題，首先要對我國的水文環(huán)境做一個實時的監(jiān)控，衛(wèi)星上的高光譜相機，以及全光譜成像儀，都能夠?qū)λ沫h(huán)境做一個實時精準(zhǔn)的監(jiān)控。這些監(jiān)控數(shù)據(jù)以水質(zhì)、水位、以及與氣候相關(guān)的降雨量，旱澇災(zāi)害相結(jié)合，能夠?qū)λ畮斓乃{(lán)藻，水域、水段的污染程度以及即將出行的水文自然災(zāi)害做一個科學(xué)合理的預(yù)警，給有關(guān)部門的工作人員以充足的時間整理對策、方案和應(yīng)急措施，致使緊急情況發(fā)生時，不至于手忙腳亂，不知所措，能夠更及時有效的保護(hù)自然環(huán)境、公共財產(chǎn)安全以及民眾的生命安全。除此之外，高光譜相機以及全光譜成像儀，還能夠給即將出現(xiàn)的災(zāi)情和突發(fā)事件做合理的評估和損失預(yù)算，極大節(jié)省了時間成本和勞力成本。這也是衛(wèi)星遙感載荷的實用途徑之一。

2.3 對土壤環(huán)境的分析

前文已提到，酸雨現(xiàn)象的發(fā)生，危害甚大。不僅會對大氣環(huán)境造成威脅，也會對水文環(huán)境造成污染，除此之外，也會對土壤環(huán)境造成不必要的損害，當(dāng)然，這只是土壤環(huán)境遭受到破壞的原因之一。大量垃圾的填埋、焚燒，大面積綠色植被被破壞，礦產(chǎn)資源的濫采濫用，都會對土壤造成嚴(yán)重的威脅與破壞。且這種威脅和破壞是不可逆的，是需要花費長時間才能夠進(jìn)行復(fù)原和修整的。故而對土壤環(huán)境進(jìn)行實時的檢測也顯得意義重大。高光譜相機和全譜段的成像儀也能夠?qū)ν寥肋M(jìn)行實時的檢測。它們能夠精準(zhǔn)地檢測出土壤重污染的區(qū)域的精準(zhǔn)地點，并對污染物的成分進(jìn)行詳盡的分析。對于礦產(chǎn)資源開發(fā)方面而言，高光譜相機以及全譜段的成像儀能夠模擬礦產(chǎn)資源開發(fā)全過程，并對開發(fā)后對周邊區(qū)域土壤環(huán)境的影響，以及對土壤的污染程度做一個細(xì)致的風(fēng)險評估。這些都是一般的科學(xué)技術(shù)難以做到的，有關(guān)部門可以通過星傳地的實時監(jiān)測而及時改變土壤使用政策，保護(hù)區(qū)域內(nèi)的土壤環(huán)境。

2.4 對整個生態(tài)環(huán)境的檢測

“高分五號”最顯著的特點，應(yīng)在于其集水文勘測、陸地檢測與大氣檢測為一體的檢測效能。只要對該衛(wèi)星傳輸回地球的實時數(shù)據(jù)加以分析，就能夠精準(zhǔn)的得知地球環(huán)境在每一層面的詳細(xì)數(shù)據(jù)。更加重要的是，“高分五號”所配置載荷，還能對生物多樣性進(jìn)行一個實時的檢測，快速分析出當(dāng)前的人類活動對當(dāng)?shù)刈匀槐Ｗo(hù)區(qū)或當(dāng)?shù)氐恼湎游锎嬖谠鯓拥挠绊?。因此通過衛(wèi)星載荷傳輸回來的數(shù)據(jù)，可以有的放矢地進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的人類活動變更以及緊急動植物保護(hù)措施預(yù)案，這些都是以往的衛(wèi)星傳載數(shù)據(jù)難以達(dá)到的。

3 結(jié)束語

“高分五號”配置的六個載荷，通過光學(xué)遙感技術(shù)能夠?qū)崟r、精準(zhǔn)、多方面立體的從宏觀角度對地球環(huán)境進(jìn)行各項數(shù)據(jù)監(jiān)控，這是技術(shù)創(chuàng)新中最具有意義的部分。它能夠給人類提出更及時的意見和建議，避免突發(fā)事件和自然災(zāi)害的侵襲，也避免人類對自然環(huán)境過度的開發(fā)給地球和人類本身帶來嚴(yán)重的后果。

[1]康一飛. 光學(xué)遙感衛(wèi)星影像云檢測方法及應(yīng)用[D].武漢大學(xué)，2018.

[2]黃杰，羅達(dá)，侯鵬，尤超藍(lán)，孔祥森，付鑫.光學(xué)遙感衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)熱變形試驗及測量技術(shù)研究[J].航天器工程，2018，27（02）：114-118.

[3]范斌，陳旭，李碧岑，趙艷華.“高分五號”衛(wèi)星光學(xué)遙感載荷的技術(shù)創(chuàng)新[J].紅外與激光工程，2017，46（01）：16-22.