白照廣 汪春濤 董筠 沈中 朱軍 陸春玲 孫紀(jì)文 于倩 馬磊

(1 航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

(2 中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部，北京 100094)

我國是個自然災(zāi)害多發(fā)的國家，災(zāi)害發(fā)生的頻度和覆蓋的范圍都很大，每年的災(zāi)害損失達(dá)2000億元以上，2008年初南方雪災(zāi)、汶川大地震累計(jì)造成了過萬億元的損失，與此同時(shí)國家環(huán)境狀況也迫切需要快速、大面積、全天候的監(jiān)測手段。

航天遙感由于高時(shí)空、大尺度、長壽命等特點(diǎn)，無疑在災(zāi)害與環(huán)境監(jiān)測中具有優(yōu)勢。20世紀(jì)90年代初，現(xiàn)代小衛(wèi)星呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢頭，陳芳允院士提出“用于自然災(zāi)害監(jiān)測和減災(zāi)的低費(fèi)用小衛(wèi)星網(wǎng)”等建議。中國空間技術(shù)研究院組織專家配合當(dāng)時(shí)的國家減災(zāi)委開始了“減災(zāi)星座”論證。為增加應(yīng)用效益，加快立項(xiàng)，國家減災(zāi)委又聯(lián)合當(dāng)時(shí)的國家環(huán)?？偩止餐鳛橛脩籼岢鲰?xiàng)目要求。中國空間技術(shù)研究院論證提出了“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測小衛(wèi)星星座”項(xiàng)目，該星座由8顆小衛(wèi)星組成，包括4顆光學(xué)小衛(wèi)星和4顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星(即4+4方案)。兩種衛(wèi)星可分別實(shí)現(xiàn)1天對國土重訪觀測，光學(xué)星還能實(shí)現(xiàn)國土1天的覆蓋觀測。2003年2月，國防科工委、國家計(jì)委、財(cái)政部聯(lián)合批準(zhǔn)環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座，包括2顆光學(xué)小衛(wèi)星(簡稱環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星)和1顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星(即2+1方案)。另外A星還作為亞太多邊合作小衛(wèi)星(SMMS)，裝載了泰國的Ka通信試驗(yàn)載荷，用于通信試驗(yàn)。

2008年9月6日，環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星采用一箭雙星發(fā)射方式發(fā)射升空，9月8日衛(wèi)星開始成像測試，經(jīng)過5個多月的在軌測試，2009年3月衛(wèi)星交付運(yùn)行，自此揭開了我國專用衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)化的序幕。雙星穩(wěn)定運(yùn)行，超過了3年考核壽命，至2021年9月已經(jīng)運(yùn)行了13年，成為我國壽命最長的遙感衛(wèi)星。

在環(huán)境減災(zāi)一號衛(wèi)星發(fā)射后，國家減災(zāi)委就會同國家環(huán)保部開始了后續(xù)項(xiàng)目的論證，中國空間技術(shù)研究院航天東方紅衛(wèi)星有限公司繼續(xù)配合進(jìn)行項(xiàng)目論證，光學(xué)星在環(huán)境減災(zāi)一號基礎(chǔ)上，吸納高分工程科研成果，提出了16 m光學(xué)星的項(xiàng)目，論證成果納入到了《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃》(2015—2025)中，2顆16 m光學(xué)業(yè)務(wù)衛(wèi)星就是首批啟動的項(xiàng)目(命名為環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星)， 2016年6月17日，國家發(fā)改委、國家財(cái)政部、國防科工局聯(lián)合下達(dá)了衛(wèi)星工程項(xiàng)目可研報(bào)告的批復(fù)，項(xiàng)目開始研制。2020年8月衛(wèi)星研制完成，2020年9月27日，環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星采用長征四號乙運(yùn)載一箭雙星發(fā)射升空。目前雙星已經(jīng)組網(wǎng)，完成在軌測試，并與高分一號、高分六號等組網(wǎng)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)16 m數(shù)據(jù)1天全球覆蓋觀測。

1 環(huán)境減災(zāi)光學(xué)遙感星座及衛(wèi)星方案

1.1 環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星

環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星采用CAST968平臺。為保證主要探測要素時(shí)效性，雙星裝載3種遙感載荷，包括寬覆蓋多光譜CCD相機(jī)(A、B星)、超光譜成像儀(A星)、紅外相機(jī)(B星)，在A星中還配置了Ka通信試驗(yàn)設(shè)備，用于泰國方面通信試驗(yàn)。衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示[1-2]。

表1 HJ-1A/B衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)

整星采用分艙結(jié)構(gòu)形式，平臺的設(shè)備與載荷設(shè)備分艙布置，發(fā)射時(shí)平臺在底部，載荷艙在平臺頂部，入軌后載荷艙對地，平臺對天。載荷艙內(nèi)布放相機(jī)及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，平臺布放服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備，如圖1所示。兩付太陽翼布放于垂直于軌道面的方面，可單軸轉(zhuǎn)動，適應(yīng)于衛(wèi)星對地定向時(shí)太陽翼同步對日定向[3]。

圖1 環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星在軌構(gòu)型

衛(wèi)星采用太陽同步軌道[4]，兩顆光學(xué)衛(wèi)星運(yùn)行在一個軌道面內(nèi)，呈180°相位差，通過嚴(yán)格的軌道構(gòu)型控制，可形成兩星對地面搭接成像，共同實(shí)現(xiàn)對地2天的覆蓋觀測能力。

雙星采用一箭雙星、速度差方式入軌。實(shí)際飛行中A星入軌后，軌道高度比標(biāo)稱值高4 km左右，B星軌道高度比標(biāo)稱值低1 km左右，與理論軌道有差異，但均在入軌偏差范圍內(nèi)。期間，由于有其它工程測控任務(wù)，制定了以10月10-15日為目標(biāo)的星座建立軌控優(yōu)化策略，并于9月13日，B星進(jìn)行了升軌控制，抬高進(jìn)入到標(biāo)稱軌道，10月11-13日，對A星進(jìn)行了先降后升的軌控措施，進(jìn)入到標(biāo)稱值，兩星180°相位差已經(jīng)得到保持，星座得以建立。

1.2 環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星

環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星采用CAST2000平臺。為保證主要探測要素時(shí)效性，雙星配置載荷相同，各裝載4種遙感載荷，包括寬覆蓋多光譜CCD相機(jī)、高光譜成像儀、紅外相機(jī)和大氣校正儀。衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 HJ-2A/B衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)采用鋁蒙皮蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)，分為上艙、下艙兩部分。上艙布放相機(jī)及數(shù)據(jù)傳輸電子設(shè)備，下艙布放服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備，4種光學(xué)載荷主體分三層安裝，入光口對地，如圖2所示。兩付太陽翼布放于垂直于軌道面的方面，可單軸轉(zhuǎn)動，適應(yīng)于衛(wèi)星對地定向時(shí)太陽翼同步對日定向。

圖2 環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星在軌構(gòu)型

雙星采用一箭雙星、速度差方式入軌，變軌方案同環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星。

2 環(huán)境與減災(zāi)光學(xué)星主要技術(shù)創(chuàng)新

2.1 環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座開創(chuàng)了我國遙感衛(wèi)星星座建設(shè)

環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星是我國首個遙感星座，雙星同軌運(yùn)行，180°相位，在700 km幅寬下保證CCD相機(jī)2天可對我國陸地區(qū)域進(jìn)行覆蓋觀測，如圖3、圖4所示。

圖3 兩星1天觀測覆蓋情況(80%)

圖4 兩星2天觀測覆蓋情況(100%)

為降低軌道衰減，采用高密度布局，裝填密度300 kg/m3左右。為保證相位長時(shí)間保持，雙星均衡了衛(wèi)星質(zhì)量，統(tǒng)一衛(wèi)星構(gòu)型和布局，面質(zhì)比相差僅4%，在軌僅調(diào)整了3次，如圖5所示。

圖5 星座運(yùn)行軌道相位差

環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星作為一號的接替星，仍然保持雙星共軌180°相位控制。并且與在軌裝備了16 m相機(jī)的高分一號、高分六號衛(wèi)星組網(wǎng)，其中16 m相機(jī)可實(shí)現(xiàn)1天全球覆蓋，紅外相機(jī)可實(shí)現(xiàn)2天的覆蓋觀測。由于衛(wèi)星的地方時(shí)不同，難以實(shí)現(xiàn)相位控制的星座運(yùn)行，因此提出了按照地面軌跡均分法規(guī)制每顆星成像的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了異軌多星對全球的無縫拼接成像。

2.2 遙感器技術(shù)指標(biāo)匹配，多項(xiàng)創(chuàng)新，在環(huán)境減災(zāi)二號衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全面提升

1)多載荷設(shè)計(jì)匹配

按照環(huán)境減災(zāi)多要素觀測要求，衛(wèi)星觀測譜段選擇從可見光到長波紅外全部覆蓋。根據(jù)探測器及成像分辨率能力，將可見光和紅外分置兩臺相機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，幅寬均按大于700 km考慮。為了精細(xì)化地物觀測，設(shè)計(jì)了高光譜成像儀?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸能力與提升，一號衛(wèi)星可見光和紅外相機(jī)機(jī)分別設(shè)計(jì)有4個譜段，高光譜成像儀主要在可見到近紅外譜段，幅寬50 km，設(shè)計(jì)了擺鏡可視范圍保持在700 km。二號衛(wèi)星可見光設(shè)置了5個譜段，增加一個紅邊譜段利于農(nóng)作物和森林等的分類監(jiān)測；紅外相機(jī)擴(kuò)展到了9個譜段；高光譜成像儀譜段擴(kuò)展到短波紅外；增加了大氣校正儀用于其它相機(jī)圖像的大氣、水汽同步校正。特別是環(huán)境減災(zāi)二號分辨率按照16×N系列設(shè)計(jì)，包括16 m、48 m、96 m，有利于應(yīng)用數(shù)據(jù)融合。星上光學(xué)載荷譜段分布如圖6所示。

圖6 環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星光學(xué)載荷遙感譜段分布

2)同等分辨率下遙感器成像幅寬達(dá)國際領(lǐng)先

幅寬越大越實(shí)用，可以減少大面積區(qū)域觀測的成像次數(shù)，提高成像時(shí)間分辨率；用戶還可以減少圖像拼接工作量，提高數(shù)據(jù)精度。環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星以應(yīng)急的快速觀測為目標(biāo)，在保證成像質(zhì)量前提下，堅(jiān)持大幅寬設(shè)計(jì)特點(diǎn)。大于700 km幅寬的設(shè)計(jì)既考慮4天快速覆蓋，又考慮地面成像高度角不易過小，避免成像畸變大、成像質(zhì)量變差問題。環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星的16 m多光譜相機(jī)在國際上實(shí)現(xiàn)了在同等分辨率下幅寬最大的成像，如表3所示。

表3 相近空間分辨率遙感衛(wèi)星幅寬比較

3)在國際上率先利用空間調(diào)制傅里葉型高光譜探測

環(huán)境減災(zāi)一號A星上裝載了一臺擁有115個探測譜段、平均光譜分辨率為5 nm的超光譜成像儀，它跟蹤了當(dāng)時(shí)國際上的新技術(shù)，在國內(nèi)首先采用了靜態(tài)干涉型成像光譜技術(shù)原理，也是繼美國強(qiáng)力小衛(wèi)星之后，國際上第2臺該種原理的相機(jī)，具有穩(wěn)定性好、體積小、光譜線性度高、光譜范圍寬等特點(diǎn)，代表了當(dāng)時(shí)光譜成像技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向。超光譜成像儀“圖譜合一”的寬譜段(0.45～0.95 μm)和精細(xì)光譜(5 nm)的探測能力使它對外形相似而質(zhì)地不同的目標(biāo)、個體極小而集群的目標(biāo)、具有明顯特征光譜的目標(biāo)有很好的辨識能力。

環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星高光譜成像儀改進(jìn)為時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉光譜成像技術(shù)原理，并根據(jù)探測器選用情況，將高光譜成像儀主體劃分為可見光光譜成像儀和短波紅外光譜成像儀。為實(shí)現(xiàn)大視野觀測，雙通道共用一個擺鏡，可側(cè)擺30°，實(shí)現(xiàn)單星4天、雙星2天的重訪觀測。

4)環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星相對一號技術(shù)指標(biāo)全面提升

環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星相對于一號A/B衛(wèi)星技術(shù)性能大幅提升，如表4所示，像元空間分辨率提高1～2倍，星上總譜段數(shù)由環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星的123個提升到238個，高光譜視場擴(kuò)展1倍，增加了大氣校正儀用于對其它相機(jī)圖像的同步校正和大氣氣溶膠等產(chǎn)品生成。對地?cái)?shù)傳碼速率提高了10倍，圖像存儲容量提升了60倍。衛(wèi)星平臺由CAST968升級到CAS2000，姿態(tài)控制精度、供電能力、壽命等也進(jìn)行了大幅度提升。

表4 環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星與一號技術(shù)指標(biāo)比較

2.3 衛(wèi)星可靠性安全性設(shè)計(jì)策略完備，運(yùn)行壽命長

環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星已經(jīng)成為國內(nèi)最長壽命的遙感衛(wèi)星。其運(yùn)行壽命取決于衛(wèi)星可靠性/安全性設(shè)計(jì)、衛(wèi)星的運(yùn)行管理。在可靠性安全性設(shè)計(jì)方面，主要特點(diǎn)衛(wèi)星：

(1)精密的軌道設(shè)計(jì)要求。首先對初始軌道進(jìn)行了偏置，確保在壽命期軌道地方時(shí)在10：30±30 min內(nèi)，既保證成像高度角，又保證電池陣的光照條件，實(shí)際運(yùn)行了4年。超壽命后，地方時(shí)向早晨漂移，不利于電池陣發(fā)電，2014年3月11日開始對星座實(shí)施了衛(wèi)星傾角調(diào)整，增加0.305 6°，使得衛(wèi)星降交點(diǎn)地方時(shí)開始向正午漂移，如圖7所示，確保星上電源發(fā)電，保證了衛(wèi)星仍具有成像能力。

圖7 軌道降交點(diǎn)地方時(shí)變化

(2)選用成熟產(chǎn)品。環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星的平臺部分與海洋一號B衛(wèi)星相同，A、B類的產(chǎn)品分別占整星的88.2%、89.3%。

(3)軟硬件融合的高可靠設(shè)計(jì)。應(yīng)答機(jī)、計(jì)算機(jī)等關(guān)鍵單機(jī)實(shí)施雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)；電池組實(shí)施n+1備份策略；推力器采用6+2冗余方式；無冗余的太陽電池陣驅(qū)動機(jī)構(gòu)等實(shí)施足夠裕度設(shè)計(jì)，在研制過程設(shè)計(jì)關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行過程檢查確認(rèn)。星務(wù)主機(jī)對全星下位機(jī)通信進(jìn)行監(jiān)控，對有問題單機(jī)可實(shí)施復(fù)位、切機(jī)等自主策略。姿控主機(jī)等關(guān)鍵單機(jī)運(yùn)行信息實(shí)施異地存儲，復(fù)位或切機(jī)后可重新讀取，達(dá)到自主功能恢復(fù)的能力。

(4)多級安全模式設(shè)計(jì)。按照整星最低功耗模式設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)了姿態(tài)、電源、BAPTA及星務(wù)中心計(jì)算機(jī)等主要異常事件時(shí)星上自主安全對策，確保異常下整星能工作12 h以上；對短期負(fù)載和短壽命部件進(jìn)行工作時(shí)間限制控制，防止其對整星供電帶來過大負(fù)荷或過早消耗設(shè)備壽命的現(xiàn)象，從而有效保障了整星的安全運(yùn)行能力。

(5)國內(nèi)首次采用相對時(shí)間程控指令等技術(shù)簡化操控風(fēng)險(xiǎn)。通過設(shè)計(jì)只上注開機(jī)時(shí)間和時(shí)長的相對時(shí)間程控指令，將以往載荷與數(shù)傳設(shè)備開關(guān)機(jī)的數(shù)十條指令，壓縮到一條指令中，簡化了衛(wèi)星操作，提高了過境測控弧段的利用率，同時(shí)降低了操作風(fēng)險(xiǎn)。

(6)為加強(qiáng)對衛(wèi)星關(guān)鍵動作判斷的可靠性，環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星采用可視化遙測實(shí)現(xiàn)太陽翼展開等實(shí)時(shí)、直觀監(jiān)測。采用低成本工業(yè)相機(jī)，監(jiān)測了拋罩、星箭分離、太陽翼展開、數(shù)傳天線展開等動作，并通過測控信道實(shí)時(shí)下傳圖像，如圖8所示。

圖8 可視化遙測監(jiān)測拋罩、星箭分離、太陽翼展開

2.4 采用新型圖像壓縮技術(shù)和異源數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星是國內(nèi)最早開始使用多源數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，圖像處理中采用了圖像壓縮技術(shù)，其中CCD圖像采用4：1壓縮技術(shù)，超光譜成像儀采用光譜密集度分布壓縮的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)1.64：1的光譜壓縮技術(shù)，不但確保了數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可行，而且保證了圖像質(zhì)量。

環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星實(shí)施了高低壓縮比壓縮策略，高壓縮比適應(yīng)于多載荷同時(shí)成像和快速下傳，低壓縮比針對確保圖像質(zhì)量。

2.5 多樣化定標(biāo)技術(shù)

依托衛(wèi)星平臺強(qiáng)大的姿態(tài)機(jī)動能力，環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星增強(qiáng)了星上自主定標(biāo)能力，設(shè)計(jì)有偏航定標(biāo)、對日定標(biāo)、對月觀測、光譜內(nèi)定標(biāo)、黑體定標(biāo)等17種星地月聯(lián)合、輻譜偏聯(lián)合定標(biāo)手段，如表5所示，以及大氣氣溶膠和水汽同步探測校正模式，提高可見多光譜數(shù)據(jù)定量化反演精度，確保遙感數(shù)據(jù)輻射精度和幾何精度的穩(wěn)定、可靠，保證衛(wèi)星在軌長期、穩(wěn)定、高精度的遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量。

表5 環(huán)境減災(zāi)二號A/B衛(wèi)星定標(biāo)模式設(shè)計(jì)

2.6 衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用

環(huán)境與減災(zāi)部門開展了大量環(huán)境與減災(zāi)應(yīng)用[5-12]。在環(huán)境減災(zāi)一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)支撐下，國家減災(zāi)中心建立了較為完備的災(zāi)害遙感業(yè)務(wù)體系，建立日常監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測兩種業(yè)務(wù)模式、災(zāi)害遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)工作流程、災(zāi)害遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品體系、災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，開展了融雪性洪澇、洪澇災(zāi)害、滑坡和泥石流、旱情、雪災(zāi)、森林火災(zāi)、海冰、河流冰凌、溢油九種災(zāi)害特征參數(shù)反演，進(jìn)行了災(zāi)害范圍、災(zāi)害損失實(shí)物量評估等工作，實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害遙感業(yè)務(wù)從無到有并逐步完善的過程，應(yīng)急觀測時(shí)效平均2～3天。環(huán)保部依托衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立了衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，并開展了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究，建立了水、汽、生態(tài)及環(huán)境應(yīng)急事件監(jiān)測產(chǎn)品體系，逐步完善了環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)化體系，為天地一體化的環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系提供了技術(shù)和信息的支撐。在國防科工局推動下，環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國內(nèi)各個行業(yè)得到了應(yīng)用，環(huán)境減災(zāi)一號A/B星在前10年即發(fā)放數(shù)據(jù)490萬景，除在環(huán)保部和前民政部國家減災(zāi)中心外，還在國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、氣象等多個業(yè)務(wù)部門及多所大學(xué)研究機(jī)構(gòu)合計(jì)數(shù)十家單位應(yīng)用，很好地踐行了“小衛(wèi)星大作為”的能力，如圖9所示。

圖9 環(huán)境減災(zāi)一號A/B衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)放業(yè)務(wù)

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)外國政府及國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)要求，先后針對澳大利亞火災(zāi)、海地地震、緬甸洪澇、委內(nèi)瑞拉洪澇、“非洲之角”旱災(zāi)等30余場國外重大自然災(zāi)害提供災(zāi)情專題產(chǎn)品服務(wù)[8,13]，服務(wù)對象擴(kuò)大到全球6大洲20多個國家，得到相關(guān)國家及國際組織的高度評價(jià)，稱贊我國衛(wèi)星數(shù)據(jù)和產(chǎn)品及時(shí)有效?；诃h(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星系統(tǒng)的全球?yàn)?zāi)害監(jiān)測服務(wù)，已經(jīng)成為我國“減災(zāi)”外交的重要紐帶和橋梁。

環(huán)境減災(zāi)二號衛(wèi)星立項(xiàng)時(shí)除環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測需求外，還兼顧了國土資源、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地震等其他行業(yè)業(yè)務(wù)需求，雙星目前已通過在軌測試，衛(wèi)星的數(shù)據(jù)也已開始在這些行業(yè)中得到示范應(yīng)用。

3 環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星后續(xù)發(fā)展建議

3.1 后續(xù)發(fā)展主要策略

高時(shí)間分辨率、高空間分辨率的災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測，需要由天基、空基、地基、城市網(wǎng)格化等系統(tǒng)共同構(gòu)建達(dá)成，而由遙感、通信、導(dǎo)航衛(wèi)星組成的天基系統(tǒng)是整個應(yīng)急災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。天基系統(tǒng)中環(huán)境減災(zāi)遙感衛(wèi)星的后續(xù)發(fā)展主要策略如下。

(1)提高時(shí)間分辨率到分鐘級[14-15]。應(yīng)急觀測最迫切的是能夠第一時(shí)間獲得應(yīng)急地區(qū)的遙感信息，同時(shí)也期望獲得災(zāi)害發(fā)生前最近時(shí)刻的遙感數(shù)據(jù)，通過比較獲得災(zāi)情影響信息，輔助地面應(yīng)急處理決策。目前環(huán)境減災(zāi)星座僅能實(shí)現(xiàn)2天的時(shí)間分辨率，即使考慮國內(nèi)各類遙感衛(wèi)星，最短時(shí)間也只能達(dá)到6.5 h[16]，且時(shí)長不可控。因此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遙感是應(yīng)急觀測長期的目標(biāo)。低軌要達(dá)到實(shí)時(shí)遙感需要的衛(wèi)星數(shù)量多，需要根據(jù)國家能力和商業(yè)衛(wèi)星聯(lián)合，循序漸進(jìn)的實(shí)現(xiàn)。

(2)提高空間分辨率到分米級[14-15]。目前環(huán)境減災(zāi)星座16 m的觀測能力，對洪澇、冰雪、干旱等大面積災(zāi)害監(jiān)測非常實(shí)用，但用于房屋倒損、道路損壞監(jiān)測等還不夠精細(xì)。國內(nèi)空間分辨率達(dá)0.5 m的遙感數(shù)據(jù)量有限，而要進(jìn)行更精細(xì)的災(zāi)情觀測，空間分辨率至少要達(dá)到0.1 m。

(3)提高圖像定位精度到分米級[15]。圖像定位精度事關(guān)災(zāi)前災(zāi)后信息變化對災(zāi)情危害程度的判定，特別對橋梁、房屋等的損失、變形程度至關(guān)重要。達(dá)到分米級與空間分辨率匹配，才能真正實(shí)現(xiàn)單像元應(yīng)該發(fā)揮的作用。

(4)增強(qiáng)星上智能設(shè)計(jì)[17-19]。根據(jù)用戶特定任務(wù)要求，聚合處理各種星座信息，實(shí)時(shí)為用戶提供所需信息、知識。衛(wèi)星的智能化設(shè)計(jì)包括遙感器數(shù)據(jù)校正、任務(wù)規(guī)劃、圖像處理與信息提取、信息發(fā)放等環(huán)節(jié)。

(5)通導(dǎo)遙一體化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)遙感信息快速獲取。應(yīng)急事件發(fā)生后，應(yīng)能夠立即向衛(wèi)星發(fā)送成像任務(wù)指令，并在衛(wèi)星成像后，能夠立即向?yàn)?zāi)區(qū)或地面指導(dǎo)區(qū)域發(fā)送圖像或?yàn)?zāi)情信息，這就需要地面與衛(wèi)星隨時(shí)都有直達(dá)的通信信道，就是要將目前的通導(dǎo)遙衛(wèi)星有機(jī)的協(xié)同起來。

(6)加強(qiáng)國際合作[20-21]。遙感技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)急與環(huán)境監(jiān)測不可缺少的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)資源，聯(lián)合國在2015年3月通過的“2015—2030年仙臺減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)框架”中，將天基技術(shù)作為第一優(yōu)先領(lǐng)域理解風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，明確提出在區(qū)域和全球?qū)用嫱ㄟ^國際合作，加強(qiáng)天基技術(shù)的減災(zāi)技術(shù)應(yīng)用和服務(wù)，強(qiáng)化衛(wèi)星遙感地球觀測和災(zāi)害監(jiān)測能力。

3.2 后續(xù)發(fā)展主要項(xiàng)目

(1)持續(xù)保持現(xiàn)有環(huán)境減災(zāi)星座建設(shè)[14，21]。按照空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，研制發(fā)射環(huán)境減災(zāi)二號C/D衛(wèi)星，構(gòu)建在軌“4星”運(yùn)行模式，并將地方時(shí)調(diào)整到下午，聯(lián)合在軌的高分衛(wèi)星，可形成一天1次、重點(diǎn)地區(qū)1天2次的成像能力。后續(xù)應(yīng)持續(xù)維護(hù)，確保中分遙感數(shù)據(jù)的獲取與地面業(yè)務(wù)的持續(xù)開展。

(2)增加高分辨率遙感星座[14-15，21]。增加高分辨率遙感星座，近期可將分辨率設(shè)定在0.5 m，遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)0.1 m分辨率。星座規(guī)模與時(shí)間分辨率對應(yīng)，近期可建4顆實(shí)現(xiàn)1天的重訪，協(xié)同高景一號商業(yè)衛(wèi)星等，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于12 h的重訪觀測能力。遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)優(yōu)于1～10 min的設(shè)計(jì)開展星座設(shè)計(jì)。

(3)增加環(huán)境監(jiān)測要素衛(wèi)星系統(tǒng)[18，21]。針對隨機(jī)性、動態(tài)性、綜合性環(huán)境突發(fā)事件，發(fā)展快速多體制光學(xué)綜合探測衛(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙感多體制、全天時(shí)及快速機(jī)動、快速重訪、快速響應(yīng)、快速處理能力，提高我國環(huán)境監(jiān)測執(zhí)法能力，并應(yīng)對應(yīng)急事件。針對科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污、依法治污的新形勢和新要求，瞄準(zhǔn)碳排放、臭氧監(jiān)測、土地污染監(jiān)測等急需，發(fā)展激光探測、超光譜探測、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)、極軌多角度多光譜偏振及微光成像等新技術(shù)，形成與高軌衛(wèi)星協(xié)同的動靜結(jié)合的環(huán)境衛(wèi)星觀測體系。

(4)建設(shè)高中低軌協(xié)同工作衛(wèi)星系統(tǒng)[14，21]。利用高中軌衛(wèi)星對同地物長時(shí)間駐留觀測的能力與低軌衛(wèi)星高空間分辨率能力，開展衛(wèi)星協(xié)同設(shè)計(jì)，補(bǔ)缺必要的衛(wèi)星系統(tǒng)，形成聯(lián)合發(fā)現(xiàn)應(yīng)急事件、聯(lián)合觀測的新模式，極大的提升空間系統(tǒng)任務(wù)效能。

4 結(jié)束語

環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測關(guān)系國計(jì)民生和社會穩(wěn)定，是我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)迫切需求。環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星成功應(yīng)用不但提升了我國小衛(wèi)星技術(shù)水平和遙感器設(shè)計(jì)水平，而且提升了我國衛(wèi)星環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)報(bào)能力，促進(jìn)了衛(wèi)星在其他行業(yè)的應(yīng)用。環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星采用小衛(wèi)星及星座技術(shù)，符合環(huán)境減災(zāi)特殊需求，同時(shí)兼顧國家經(jīng)濟(jì)能力，是“好、快、省”實(shí)踐的典范，符合國情，應(yīng)保持持續(xù)發(fā)展。