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“海絲”升空,福建“問天”
2021-01-14 09:54:55來源:東南網編輯:尹小兵責編:胡曉萌

“海絲”升空,福建“問天”

  “海絲一號”發回的南極洲冰川SAR圖像

  “海絲一號”檔案

  體重:185公斤

  波段:C波段

  最高解析度:1米

  最大成像幅寬:100公里

  ——可穿透雲層,不受時間和惡劣條件限制,獲取全天時、全天候的二維高分辨地球表面雷達圖像

  ——國內高校首顆近海與海岸帶遙感衛星

  ——國際首顆C波段輕小型SAR衛星

  ——海絲“星座”的首發星

  東南網1月14日訊(福建日報記者 張穎)北京時間2020年12月22日12時37分,由廈門大學、福建省招標採購集團、三明投資集團、長沙天儀空間科技研究院有限公司和中國電子科技集團公司第三十八研究所等單位聯合策劃研製的“海絲一號”衛星,在海南文昌衛星發射中心搭載長征八號運載火箭成功發射升空,實現了福建衛星從“0”到“1”的突破。

  這顆近海與海岸帶遙感衛星是新技術集成應用的成果,開創了福建新基建建設的新模式。在不遠的將來,它和它的小夥伴們不僅會在科研領域大顯神通,而且會對福建“海洋強省”“數字福建”建設産生積極影響——

  發射升空近84小時後,亦即北京時間12月25日23時59分,“海絲一號”首次成像工作即獲得有效回波數據。12月27日,“海絲一號”得到首批多幅高清SAR圖像,實現了我國首顆商業SAR衛星的高品質成像,這也是國際上首幅C波段小衛星SAR圖像。

  “海絲一號”SAR總工程師、中國電科38所對地觀測研發中心副主任盛磊説,入軌後“海絲一號”表現穩定,先後完成多項調試。目前衛星正在抓緊在軌測試工作,保障按時投入業務運行。

  福建省招標採購集團董事長助理簡燦良博士表示,福建是海洋大省,岸線資源全國第二,海域面積超過陸域面積。“海絲一號”填補了福建空間數據獲取體系的空白,真正實現了“星、空、地、海”全覆蓋。

  中國科學院院士、廈大地球科學與技術學部主任戴民漢説,這是廈大繼“嘉庚”號科考船、東山海洋觀測與試驗站之後的一個重大科研平臺,自此構架海天陸基的海洋觀測一體化的觀測系統,將有力地提升觀測海洋、認知海洋、經略海洋的水準。

  “你好,海洋”,穿雲透霧全天候

  福建圓夢九天是多年夙願。

  黨的十八大報告首次提出“建設海洋強國”的宏偉目標,十九大報告則明確要求“堅持陸海統籌,加快建設海洋強國”。作為古代海上絲綢之路的起點、“21世紀海上絲綢之路”核心區,福建作為海洋大省,依海而興,是“數字中國”“智慧海洋”和海洋經濟的示範省份。

  “海絲一號”英文名為“HISEA-1”,諧音“HI,SEA”,意為“你好,海洋”。從命名到內核,它具有鮮明的海洋屬性。福建首顆衛星以“海絲一號”命名,既符合國家戰略,又有深厚的歷史和文化淵源。

  2013年,廈門大學在翔安校區籌建全省首座高校“衛星遙感地面站”。不久,發射小衛星的想法也開始萌芽。

  2016年後,借著國家政策的東風和我國産業結構的紅利,我國民用航空産業,包括衛星産業成為硬科技領域的藍海。福建衛星産業隨之蓄勢待發,海洋遙感衛星成為福建“問天”之路的起點,其實也算水到渠成。

  2018年底,福建省招標採購集團與廈門大學對接海洋觀測重點項目,不謀而合的想法促成了福建發射衛星計劃的正式出發。

  廈門大學海洋與地球學院高級工程師、“海絲一號”應用總工程師耿旭樸表示,作為國內高校首顆近海與海岸帶遙感衛星,也是國際首顆C波段輕小型SAR衛星,“海絲一號”特別適用於多雲多雨地區遙感數據採集。

  SAR即合成孔徑雷達,是一種主動式的對地觀測感測器,採用的微波成像原理,類似于蝙蝠、海豚,主要依靠自身發射信號、碰到物體後接受反射信號成像。上世紀50年代問世後多運用於軍事領域,上世紀70年代美國率先發射SAR衛星,隨後開始軍轉民用。

  由於波長較長,SAR衛星“海絲一號”具備“穿雲透霧”的能力,更可實現夜觀,不受夜晚和惡劣觀測條件限制,可全天時、全天候獲得圖像。在海洋動力觀測方面,星載SAR是獲取大範圍、高解析度海面風場、海浪、海流、內波等動力要素的唯一手段。

  目前“海絲一號”成像區域已覆蓋亞洲、北美洲、南美洲、歐洲和南極洲,地貌豐富。未來經過三個月左右的調試,“海絲一號”將以我國東南沿海和西北太平洋海域為主要觀測對象,為全球變化背景下海洋動力環境參數的遙感反演、海洋災害監測、洪水監測和地表形變分析等提供有力支持。

  “以前我們需要向海外高價購買SAR圖像,海絲一號有望幫助我們實現‘圖像自由’。”耿旭樸説道,“衛星還可以根據福建的需求去定制獲取數據,無論科研還是應用都會更精準和精細。”

  簡燦良也表示,目前福建全省空間數據採集獲取局限于中低空,海洋測繪方面受限更大。遙感衛星填補了海洋區域空白,為數據獲取插上了翅膀。

  産校融合,輕小衛星研製闖新路

  簡燦良博士透露,“海絲一號”作為國內首個商用SAR衛星,依託于福建,又整合了國內優勢企業單位的力量,項目的團隊既有高校、國企,也有國家級科研院所和民營航空企業。中國電子科技集團公司第三十八研究所(簡稱“中國電科38所”)主要負責SAR載荷和地面應用系統的研製,長沙天儀空間科技研究院有限公司(簡稱“天儀研究院”)負責研製衛星平臺和測運控系統。

  廈門大學借助強大的海洋科研實力,對衛星的主要技術參數以及觀測目標進行了設計規劃,在衛星的研發過程中起到了引領作用,讓“海絲一號”成為一顆滿足科研需求、體現海洋特色的“訂制衛星”。

  幾個團隊在各自負責領域精誠合作,歷時1年研製完成,讓這顆中國造SAR衛星具備輕小型、低成本、高解析度特點。

  據悉,“海絲一號”衛星僅重185公斤,與已發射的適用於海洋觀測的C波段SAR衛星動輒幾千公斤的“噸位”相比,著實輕巧不少。

  耿旭樸説,近年來,衛星産業正處於蓬勃發展期,發射數量逐年大幅增長。隨著微電子技術、快速低成本發射和衛星模組化等技術的不斷成熟,在衛星小型化浪潮推動下,百公斤量級的SAR衛星應運而生了。傳統SAR衛星作為動力的太陽能板和信號天線是分開的,“海絲一號”實現了兩者的集成,部件模組化,自重也就下來了。無論是研發製造費用,還是發射費用,越輕小也就意味著成本降低。

  在短短一年多時間裏,對標國際先進指標,採用基於C頻段輕量化有源相控陣天線技術和一體化中央電子設備集成技術,“海絲一號”在SAR衛星領域進行了一次技術集成創新試驗。其設計簡潔、功能密度高,具有技術引領和示範效應。

  據悉,“海絲一號”還裝備了主動離軌裝置,如果衛星在若干年後的生命末期失效,會啟動離軌裝置自行墜落,進入大氣層後焚燬,不會變成“太空垃圾”。

  根據設計,高清解析度也是“海絲一號”的撒手锏,其特定區域的重返週期為3天。從目前傳回3米條帶模式成像圖像看,“海絲一號”與歐洲航空局Sentinel-1和加拿大RADARSAT-2衛星在地物特性獲取等方面基本上相當。

  未來,成像解析度達1米的超高清圖像更值得期待。

“海絲”升空,福建“問天”

  2020年12月22日,長征八號首飛成功,將“海絲一號”等5顆衛星送入太空。 新華社

  觀江瞰海,監測預警的一把利器

  據簡燦良介紹,2018年,福建省和國家航天局聯合製定了《衛星應用助力數字福建創新發展總體方案》,促進“數字福建”從地上向空中拓展,從陸上向海上、海外拓展,構築立體化、三位一體的信息保障體系。去年6月,福建省新基建三年行動計劃出爐,其中提出“積極發展空天地一體化衛星互聯網”。“海絲一號”對於推動數字福建、智慧社會的意義不言而喻。

  “海絲一號”為福建叩開了深空的大門,為後續海絲衛星星座組網奠定了良好的基礎。簡燦良透露,後續計劃由多顆輕小型SAR衛星和多光譜水色小衛星組成“海絲”星座,輻射福建、我國東南沿海,甚至服務“一帶一路”沿線國家。

  今年上半年,我省還計劃發射“海絲二號”衛星。這是一顆多光譜水色小衛星,也將延續産校合作模式。與“海絲一號”關注形變、物理變化不同,“海絲二號”側重於水體、水質變化監測。

  廈大海洋與地球學院商少淩教授解釋説,“水色”就是觀測水的顏色,因為顏色變化可以反映出水體的健康狀況。比如説近海赤潮的監測、水體浮游生物的監測等。兩顆衛星相互協作,將對衛星海洋遙感技術發展起到引領與示範作用,對近海形成立體的監測。

  在科研方面,可以進行海洋動力與生態環境的綜合觀測,將大大提高對近岸和流域水體水質的觀測能力,對全球變化背景下的海洋研究具有重要的科學價值。

  在服務地方經濟社會發展和防災減災方面,衛星數據還有更多的應用空間。

  簡燦良介紹説,SAR遙感在自然資源監測、海洋環境監測與船舶識別、農産品估産與農業資源調查、地質災害、水旱災害監測與防災減災、城市高層建築、電力設施、交通設施、應急響應等方面具有廣泛應用場景,尤其對於複雜氣象條件下的應急遙感監測應用方面具有獨特優勢。

  他舉例説,海洋監測可利用SAR全天時、全天候和二維高解析度成像能力,實現對船隻目標的檢測、定位和識別。利用SAR衛星資源,採取多種數據源相結合的動態監測方式,與地面調查相配合,能夠及時、準確地發現填海造地問題。

  此外,當海面發生溢油事件,衛星可以探測油帶的位置、面積、油膜形態,判斷其漂移方向和漂移速度等,再結合海流運動和風場信息,可以分析評估其對海洋生態環境的影響。

  在較大區域內,衛星還可以監測養殖網箱的分佈信息,估計養殖密度,監督水下網箱,協調生態環境及養殖空間規劃間的關係。

  不僅海域,陸域的監測應用也將得到拓展。借由衛星天眼看清地球,在遙感影像上智慧追蹤人類活動的變化軌跡,加強觀測能力與數據處理能力,將進一步實現“天上看、地上查、網上管”,提高我省自然資源信息化和管理水準,促進資源管理、空間規劃、生態保護、民生建設等方面可持續發展。

  記者手記

  我們的征途是星辰大海

  □福建日報記者 張穎

  隨著科技的發展,遙感衛星成為獲取空間地理信息的重要手段。近年來,國外有SpaceX、OneWeb和亞馬遜等公司雄心勃勃推出衛星軌道計劃,國內民用衛星發射動作頻頻。在這個民用空間風起雲湧、基礎設施投資方興未艾的時代,福建用“海絲”星座計劃點亮了浩瀚宇宙中屬於自己的那些繁星。

  作為海洋大省,我們向海圖強。“海絲一號”依海而“星”,拉開了我省加快推動海洋衛星領域探索創新的新篇。從0到1,再到2,“海絲”星座蓄勢待發。我們期待,未來計劃研發的數十顆“海絲”衛星既能在經濟、信息化建設領域發揮重要作用,為人們提供高精度、高品質、高安全性的空間地理信息服務,也能助力“一帶一路”空間信息走廊建設,從國內走向國際、從區域走向全球。

  辭舊迎新,“零”的突破值得喜悅;憧憬未來,我們的征途是星辰大海!

  效應

  廈大海洋觀測從地面到天空

“海絲”升空,福建“問天”

  海洋科學是廈門大學的優勢學科之一,已擁有近海海洋環境科學國家重點實驗室、水聲通信與海洋信息技術教育部重點實驗室、海洋遙感大數據福建省高校工程研究中心、“嘉庚”號海洋科考船、東山太古海洋觀測與實驗站、聯合遙感中心及衛星接收站等一系列重要涉海科研平臺和重大設施(上圖)。

  “海絲一號”衛星是廈門大學現有海洋觀測能力從水下、地面向天空的延伸,將進一步推動海洋科學、生態學等“雙一流”建設學科的發展。

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