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    【中青在線】全天候待命的“天眼”神探
    發布時間:2016-08-10

      高分家族再添一名“天眼”神探。

      8月10日,太原衛星發射中心,長征四號運載火箭托舉起高分三號衛星呼嘯著拔地而起,直刺蒼穹。至此,我國高分辨率對地觀測系統重大專項家族(以下稱高分家族),繼高分一號、高分二號以及高分四號之后,又迎來了一位“天眼”神探——高分三號。

      這位“天眼”神探的升空,意味著我國自主研制的首顆多極化、C頻段合成孔徑雷達衛星,同時也是世界上性能最先進的C頻段多極化合成孔徑雷達衛星發射成功。

      飛入太空后,高分三號張開長達18米的太陽翼翅膀,伸展長達15米的合成孔徑雷達天線,發出微波,開始觀測地球母親。那么,這位“天眼”神探與其他高分兄弟相比,有哪些獨門絕技,又肩負著怎樣的使命,中國青年報·中青在線記者采訪相關專家進行解讀。

      (1)新神探:不畏“浮云”遮望眼

      高分三號所在的高分家族,是我國16個重大科技專項之一,被稱為“天眼”工程。這一工程的目標表述起來并不復雜,即通過系列高分辨率衛星的發射,到2020年形成我國全天候、全天時、全球覆蓋的陸地、大氣、海洋對地觀測能力。

      毋庸置疑,這是建立我國戰略性空間基礎設施的重大工程,對確保我國空間信息資源的自主權有重要意義。在航天國際合作中,高分家族的這些“天眼”神探,可以在很大程度上讓中國航天的腰桿更硬。

      在國防科工局舉行的高分三號媒體見面會上,該局重大專項工程中心主任、高分專項工程總師童旭東就提到,隨著高分數據持續、穩定供應和數據處理服務逐漸完善,國外衛星數據在國內市場的占有率以及數據價格均大幅下降。

      目前,高分家族已經發射入軌多顆遙感衛星,包括高分一號衛星、高分二號衛星、高分四號衛星以及今天的高分三號衛星,另外還有多顆衛星正在研制。

      高分三號在這些遙感衛星中是特殊的,除它以外,其余衛星基本都是光學遙感衛星——遙感衛星也稱對地觀測衛星,有“光學”成像衛星和“微波雷達”成像衛星兩種——說白了,前者都是通過“可見光”來觀測地球,而高分三號則是唯一一個雷達成像微波遙感衛星,即利用“微波”來給地球照相“體檢”。

      與“光學”遙感衛星相比,“微波”遙感衛星的最大特點就是具備全天時、全天候的成像能力,這意味著,高分三號不需要借助光線,不論刮風還是下雨,風沙還是霧霾,白天還是夜間,它都能從容守望,可謂是真正地做到了“不畏浮云遮望眼”。

      這種特點尤其適合于防災減災的應用,中國航天科技集團五院高分三號衛星工程總師徐福祥說,在出現地震、滑坡、洪澇等自然災害時,往往伴隨惡劣的氣象條件,并且要求快速響應提供災區第一手圖像信息——這時,光學遙感衛星的成像效果大打折扣——而類似高分三號的微波成像衛星往往發揮更大的作用。

      可以說,高分三號衛星的發射和應用,把我國“高分”系統建設由可見光、熱紅外、遠紅外帶入到微波輻射區,迎來了衛星微波遙感應用的新時代——中國航天科技集團五院高分三號衛星總指揮兼總師張慶君如是評價。

      據徐福祥介紹,我國約70%的災害是地震、洪澇和泥石流等,而以往我國僅能使用大量的國外微波遙感成像衛星提供的高分辨率圖像數據,所以國內的用戶都非常迫切希望高分三號衛星盡早發揮作用。

      (2)神探的3大技能:C頻段+多極化+高分辨率

      根據童旭東的說法,作為高分家族里唯一的微波遙感衛星,這位新神探打破多項紀錄,創下了我國乃至世界微波遙感衛星發展史上的多個第一,添補了多項國內外空間技術發展的空白。

      這一點,從高分三號的另一個名號就能窺見一二——我國首顆C頻段多極化高分辨率微波遙感衛星。4個關鍵詞,“C頻段”、“多極化”、“高分辨率”、“微波”,這其中的“微波”是相對其他兄弟而言,前文已經說過,那么,另外三個限定詞又是什么意思呢?

      先來看“C頻段”。中國航天科技集團五院高分三號衛星總體主任設計師劉杰說,根據功能和使命的不同,地球微波遙感探測衛星可以劃分為L、S、C、X等多種頻段, L、S、C、X頻率逐漸升高,頻率越高穿透力越差、頻率越低穿透力越強。

      舉例來說,假如用這四種頻段來看一顆樹,那么按照劉杰的說法,X頻段只能用它來看樹梢,L、S頻段只能用它來看樹根,而C頻段介于兩者之間,能看到地表到樹干。在對海洋環境和目標進行探測時,C頻段的優勢就更加突出。

      這也讓高分三號做到了“海陸全能”,不論在陸地和海上,不論在白天還是夜間,都可以毫無影響照常“上班”,“不眠不休”地對全球海洋和陸地信息進行實時監視檢測。

      “多極化”又是什么?根據物理學的原理,電磁波的運動方向是不一樣的,其發射分為水平波(H)和垂直波(V),接收也分為水平波(H)和垂直波(V),不同的運動方向傳遞著不一樣的信息,不同的信息會得出不一樣的結論,不同的結論有不一樣的用處。

      微波探測衛星探測到的“極”越多,所提供的信息就越多,用處就越大。中國航天科技集團五院的科研人員為這位高分新神探采用了“多極化”的設計,使它可以盡可能把來之于多方面的信息都收集起來,傳遞給地面,從而,科技工作者可以全方位地獲取地表和地表以下的各種信息。

      如此厲害的兩項技能——C頻段、多極化,高分三號都有了,卻不滿足于此。按照國防科工局的描述,高分三號的分辨率可以達到1米,在世界上C頻段、多極化衛星上,是分辨率最牛的一個。

      高分辨率一說,由此可見一斑。

      (3)可全天候獲取海洋島礁數據,也可直擊南方降雨北方霧霾

      “第一”還沒有數完。根據童旭東的說法,高分三號還是世界上工作模式最多的合成孔徑雷達衛星——高分三號衛星有12種工作模式,說白了就是它有12種“本領”:不論是精細條帶、超精細條帶工作模式,還是窄幅、寬幅掃描模式,抑或是全球觀測模式等等,樣樣不在話下。

      中科院電子所高分三號衛星系統載荷副總師禹衛東說,高分三號的空間分辨率是從1米到500米,幅寬是從10公里到650公里,不但能夠大范圍的普查,一次可以最寬看到650公里范圍內的圖像;也能夠對特定的區域進行詳查,清晰地分辨出陸地上的道路、一般建筑以及海面上的艦船,滿足不同用戶對不同目標成像的需求。

      當然,為了能夠支撐這12種工作模式完成多種任務,高分三號衛星的功率高達萬瓦級,連續成像時間達到近小時量級,從而成為我國低地球軌道上開機時間最長的大功率雷達成像衛星。

      童旭東說,這些極大地提高了高分三號衛星獲取數據的能力,增強了應用效能,不失為“一星多用”的典范。

      說到“用”,高分三號被稱作一顆實實在在的“應用星”。以當前備受矚目的海洋監視監測和海洋權益保護為例,國家衛星海洋應用中心主任、高分專項應用系統副總師蔣興偉說,高分三號衛星可獲取島礁人工設施、海上船舶、海上油氣平臺監視數據,這些都有望為海洋權益維護提供信息服務和輔助決策支持。

      我國是世界上人口最多的海洋大國,擁有大陸與島嶼海岸線約3.2萬公里,還擁有渤海、黃海、東海和南海四大海域,我國主張的管轄海域面積約300萬平方公里。蔣興偉說,高分三號全天時、全天候、近實時的監視監測,對我國在全球海洋政治、經濟、交通、安全、科研上的戰略利益就顯得至關重要。

      他還表示,高分三號衛星通過獲取海岸變遷、海岸帶植被、海岸類型、海岸帶地質與生態環境、海岸人工設施、海域使用功能區劃等監測數據,能夠為海岸帶綜合管理與海域使用管理提供重要的客觀依據。

      剛剛過去的7月暴雨洪災讓人記憶猶新。童旭東說,對于目前我國南方強降雨區域、臺風登陸區域、北京大面積霧霾區域這些光學衛星難以實現觀測的,高分三號衛星卻都能夠清晰成像。

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