专家详解“三极遥感星座观测系统”

 
 
专家详解“三极遥感星座观测系统”——冰路卫星  
 

我国“三极遥感星座观测系统”首颗试验卫星——冰路卫星（又名“京师一号”）近日已在深圳包装入箱，预计今年9月发射升空。通过每天对极地区域的全覆盖观测，数据将服务于全球气候与环境变化研究和北极航道开发。

发展极地专用遥感卫星意义何在？微小卫星有何优劣性？冰路卫星有什么样的规划路径？记者就此专访了冰路卫星首席科学家程晓。

我国极地研究高度依赖欧美卫星数据

2014年1月，我国“雪龙”号和俄罗斯“绍卡利斯基”号破冰船被困南极冰海。程晓当时所在的北京师范大学极地遥感团队提出的脱困方案被采纳，并被证明是有效方案。

“可最终支持我们及时拿出方案的是美国卫星数据。”在程晓看来，“这也凸显了我国现有卫星体系在极地观测能力上的严重不足。”

南北极是全球变化的指示器与放大器。但由于太阳高度角低、冰雪反照率高，两极也是卫星遥感观测的难点。

放眼全球，美国、欧洲和加拿大的极地卫星已实现了对极地的大范围连续观测，基本实现了千米级分辨率的每日重复（如美国MODIS卫星）和10米级分辨率的每旬重复。此外，欧洲和美国还分别发展了测高卫星，能实现对极地冰层的厘米级精度的高程变化测量，对理解极地冰川和海冰变化具有重要意义。

值得一提的是，上述极地卫星遥感数据对科学界和公众开放，已成为国际极地遥感领域的主导性卫星遥感数据。

预计打造由24颗小卫星组成的星座网

但程晓说，虽然上述卫星实现了大范围连续观测，但无法捕捉到极地冰—海—气间强烈且快速的相互作用过程。而这是极地研究的核心和前沿领域。

为提高对极地连续遥感观测能力，国际上目前有两种解决方案：一种是发展极地同步卫星，但这种卫星造价极高且需要大推力火箭将卫星推至3万公里以上太空；另一种是美国“鸽群”卫星思路，建立低成本的微小型遥感卫星星座。单星重量仅为一些传统大型卫星的千分之一，成本仅为几十甚至几百分之一，但能够实现卫星系统的快速技术更新。

冰路卫星采用了“鸽群”发展模式，在载荷配置上有独特设计——超宽幅中分辨率相机、高分辨率相机和AIS接收机。其中宽幅相机分辨率设定为80米，幅宽达800公里，将是国际通用的千米级和十米级分辨率极地卫星数据的重要补充，单星能够实现5天内对两极地区全覆盖，有望提升对冰山漂移、冰架崩解等现象的监测能力，组成星座后则能实现对上述快速变化过程的小时级观测。此外，该星还集成了星载AIS接收机，可为极区船舶规划航行线路，做出航道风险评估，支撑北极航道开发。

“冰路卫星是一颗‘探路’星，通过它将组建星座打下基础。”程晓说，按照规划，星座由24颗小卫星组成，一定程度上可实现全天时观测。此外还规划了高轨极地SAR卫星和迷你SAR卫星星座，希望2030年前完成最终部署。

有望在今年南极科考中初试身手

近年来，国内不少高校纷纷“放卫星”。

“总体来说，国际上小卫星技术刚起步，但比照美国、丹麦和日本，我国尚有较大差距。”在程晓看来，我国高校从事微小卫星研究不是太多了，而是太少了。但他同时强调，不能为了放卫星而“放卫星”，比如发展极地遥感小卫星，最终目的是获取尽可能多的极地遥感观测数据支持科学研究。