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海南卫星星座计划:“罩”在南海上空的天网

2018-09-11 09:10来源:中国科学报

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  ①海南一号卫星项目整星方案评审会现场

  ②杨天梁在接受采访

  ③海南卫星星座构成示意图

  ④海南卫星星座建设路线图

  见习记者 高雅丽

  在海南管辖的海域上,如果发生了海上事故,想要进行及时搜救并采取有效的措施,有什么快速准确的方法?答案是:依靠遥感卫星的实时观测数据进行追踪。

  近日,“海南一号”卫星项目整星方案通过专家组评审,将按计划进入卫星正样设计、总装和综合测试阶段,预计于2019年下半年择机发射。作为海南卫星星座计划的一部分,“海南一号”卫星发射后,随时可以监控观测,对保护渔民远洋作业、及时完成海上事故搜救等意义重大。

  三亚中科遥感研究所所长杨天梁对《中国科学报》记者说:“海南卫星星座发射完成后,将形成一个‘罩’在南海上空的巨大天网,海南可通过该星座获得南海及其周边超大范围的观测能力,从而实现对实时动态观测、南海地区开发和有效管控的重大需求,在突发事件发生时能够准确、快速响应,为实现海洋强国战略提供重要保障。”

  10颗遥感卫星“精诚合作”

  海南处于低纬度区域,还是全国拥有最大海洋国土的省份,在辽阔浩瀚的南海海洋上,散布着大小200多个岛屿礁滩。

  “虽然国内外有诸多遥感卫星在轨运行,但是对包括南海在内的低纬度地区的观测覆盖能力严重不足,加上天气因素的影响,使得南海卫星遥感信息的有效获取能力极低。”三亚中科遥感研究所副所长王雷说。

  从2015年起,三亚中科遥感研究所就开始筹划卫星项目,想要研发出针对海南特殊地理位置和气候条件的海南卫星星座。

  “虽然我们可以接收卫星数据,但对造卫星这件事相当于从零开始。项目确定后,我们就开启了高强度出差模式。”王雷说。

  在杨天梁的带领下,项目组成员在两年的时间里,挨个拜访有卫星制造技术和运载火箭技术的单位,挨家对比制造方案,北至长春,南到深圳,各地都留下了他们的足迹。

  经过航天专家反复模拟和推算,最终确定海南卫星星座由“海南一号”“三亚一号”和“三沙一号”系列卫星组成,由三亚中科遥感研究所和遥感信息产业园入园企业——海南微星遥感技术服务有限公司共同研发。

  杨天梁告诉记者,海南卫星星座发射计划在今后3年内完成,2019年发射“海南一号”一期3颗光学卫星;2020年发射“海南一号”二期3颗光学卫星和“三亚一号”2颗高光谱卫星;2021年发射“三沙一号”2颗合成孔径雷达(SAR)卫星。

  王雷说:“海南卫星星座建成后,将使海南的卫星研发、组装、测控能力基本形成,同时解决南海空间信息获取难题,同时促使海南的商业航天产业基本成形。”

  经过论证,航天专家发现采用30度倾角和500公里的低倾角轨道,用3颗卫星组成的低纬度观测星座就可以对全南海海域进行每天一次、重点区域每天多次的全覆盖观测,并可与我国在三亚已经部署的卫星地面站来快速组成南海动态观测和应用体系。

  为什么海南卫星星座计划要用10颗卫星?杨天梁说:“如果星座内卫星增加到10颗,就可以对全球南北纬30度之间的全部热带和海洋区域进行每天不间断全覆盖观测,星上还可以陆续组合搭载从光学到高光谱、雷达等多类型传感器,其范围涵盖了绝大部分的海上丝绸之路区域。”

  “自拍神器”显神通

  作为整体计划的首发星,“海南一号”卫星是针对南海海域动态监测的遥感卫星系统,配备了5米、1.5米光学载荷和船舶自动识别系统载荷(简称AIS系统)。当“海南一号”卫星发射后,南海的每一座岛礁、每一艘船舶,都处于巨大的卫星“保护罩”之中。

  杨天梁表示,以“海南一号”3颗低纬度光学传感器卫星为例,利用它加上AIS船舶身份识别系统,就可以实现对于南海的逐日覆盖业务化观测,甚至实现对于全球围绕赤道的海洋航道上特定海区的快速大范围覆盖按需观测,保障海南在海洋航运、岛礁监控、渔业信息服务等重点领域的空间数据需求。

  “海南一号”的相机系统可以在500千米轨道高度,实现5米分辨率、幅宽不小于100千米,同时整星总质量不超过50千克,这就相当于海南拥有了一个“自拍神器”。

  “我们的技术方案增大了光学系统的视场角,满足宽覆盖的技术指标要求,同时对成像电路系统进行优化设计,从而实现轻型、低功耗、宽覆盖成像电子学系统的研制。”王雷说。

  杨天梁说:“我们率先采用覆盖度优先的卫星系统设计思想,卫星各个系统中的轨道参数、侧摆能力、能源保障、传感器幅宽、每轨可观测时长、数据格式和下行速度、接收站布局等都围绕区域覆盖度进行设计,确保卫星运行状态下可以实际提供对于南海等区域的高频次全覆盖观测和成像。”

  不仅如此,“海南一号”还是通用型微纳卫星平台,用“可见光+光谱+AIS”的组合模式,可以对船舶进行探测、识别以及动态信息的获取,实现对海洋环境、海洋生态、岛礁与海岸带等多元要素观测。

  探索商业航天产业“蓝海”

  当前,海南卫星星座形成了低成本、产业化的建设导向,商业航天产业这片巨大“蓝海”的潜力也逐步得到重视。在国际上,以美国太空探索公司SpaceX为代表的一大批商业航天公司已然崛起。

  海南与中国的航天科技联系紧密,不到十年的时间,海南以其独特的区位优势在航天科技领域确立了自己的重要地位,具备了“北有文昌航天发射,南有三亚卫星应用”的航天、卫星、遥感产业新格局,这里发展商业航天产业具有独特的优势。

  杨天梁表示,由中科院遥感与数字地球研究所与海南省科技厅、三亚市人民政府共同建设的三亚遥感信息产业园也将为海南“海陆空”科技创新战略的实施和三亚商业航天产业的发展作出重要的贡献。

  “三亚遥感信息产业园的发展目标是形成集卫星遥感技术研发、航空航天传感器研发、无人机研发和遥感数据接收、处理、分发、应用、教育一体化的产业集群,具有覆盖三亚、海南、南海、全国以及东南亚区域‘天、空、地’一体化遥感动态监测能力,为政府、教育、科研及企业单位和公众提供遥感与空间信息服务能力的信息产业园区。”杨天梁解释道。

  建成后的三亚遥感信息产业园,将不断吸引和凝聚国际国内该领域的最新研究成果与先进技术加盟,形成航空航天对地观测应用服务领域的国际知名基地,在航天平台、航空平台以及应用服务领域形成国际化、规模化的产业基地,推动海南航天遥感信息产业布局。

  《中国科学报》 (2018-09-10 第5版 创新周刊)

[责编:赵清建]

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