高分卫星：为中华开“天眼”

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▲ 高分五号卫星在轨飞行效果图

6月2日，我国高分六号卫星成功发射，并已于近日传回对地观测的高清图像。也就是说，我们头顶上又多了一个天天守望人间的“中国小仙”。

古语云：“天网恢恢，疏而不漏”。高分六号卫星正是为“天网”增加了一只眼睛，技术上支持了老人们常常告诫的：“人在做，天在看”。

既然已经是“高分六号”了，那么举头三尺在默默守望的就肯定不止1颗了。让我们先了解一下我国的“高分专项”工程。

我国的“天眼”工程

高分辨率对地观测系统重大专项（简称高分专项）是《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006～2020年）》确定的16个重大科技专项之一，于2010年批准启动实施。

“高分专项”是一个非常庞大的对地遥感技术项目，整个工程计划在2020年前完成建设并投入使用。

由于是从天上监看人间，所以高分专项工程又被形象地称为“天眼”工程。有意思的是，这些“天眼”都是“个性化定制”，性能上一步一个台阶，功能上也各有特色。这主要源于高分专项工程作为创新工程的定位。

▲ 高分一号卫星正在转运中

“苍天有眼”的花式感受

高分一号

高分一号卫星是位于太阳同步轨道的光学遥感小卫星，于2013年4月26日发射入轨，设计寿命5～8年。作为首发星，主要解决了低轨小卫星高分辨率对地观测的系列技术问题。与国际上同类的民用遥感小卫星相比，它在性能上已进入中等偏上游的队列。

值得一提的是，作为我国首颗民用可对地清晰监视的小卫星，“高分一号”在公安执法、灾害环保、国际救灾等领域的应用都具有划时代的意义。据人民网报道，公安部曾利用高分一号卫星的数据在黑龙江、内蒙古、河北等地发现了多处罂粟种植区；在吉林、内蒙古等地发现了新中国成立以来最大面积的大麻种植区；在边界发现数十条非法越境通道；在福建发现海上大型走私油库等。“苍天有眼”的意思大家不妨随便感受一下……

此外，“高分一号”还被用于地震监测。在2014年2月的新疆于田地震中，“高分一号”的数据就快速确立了震中位置，并得出地表破裂带的分布情况及其破坏范围；同年，“高分一号”成为我国参与空间与重大国际灾害国际宪章的宪章值班星，为国际社会中遭受重大自然灾害的国家和地区无偿提供灾害监测与管理、紧急救援与灾后重建的有关数据。

▲ 高分二号卫星拍摄的北京影像图

▲ 高分三号拍摄的厦门影像

高分二号

高分二号卫星与高分一号卫星一样，也是位于太阳同步轨道的光学遥感卫星，于2014年8月19日成功发射，但其不再是小卫星，而是超过2吨的“大家伙”。它的优势是对地分辨率最高可达0.8米，幅宽45公里，成为我国民用对地遥感进入“亚米级”时代的标志。

高分二号卫星于2015年3月投入使用，它广泛应用于土地利用动态监测、城乡规划管理和评价、交通运输管理和林业生态工程监测等领域。其主要用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部和国家林业局等18个国家部委和28个省市地方行业，并对国防军事与商业市场均有支持。“高分二号”月分发20余万景、超过1.1亿平方公里的影像，已成为我国亚米级高分辨率影像主力数据源，数据市场占有率达80%，彻底改变了我国高分辨率对地观测数据主要依赖进口的局面。此外，“高分二号”还支持践行“一带一路”国家战略，促成了我国高分专项在委内瑞拉乃至南美地区“落地”。

高分三号

不同于高分一号和二号都是光学遥感卫星，高分三号卫星主攻雷达遥感技术。这颗设计使用寿命8年的低轨卫星于2016年8月10日成功发射，是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达卫星。它的“特长”是可以实现全天候、全天时的对地观测，不再受白天黑夜、风雪云雨等天象影响。简单地说，这家伙不但是“千里眼”，还是个“透视眼”。

值得一提的是，“高分三号”有12种工作模式，是世界上工作模式最多的合成孔径雷达卫星，既可以观测陆地，也能观测海洋，兼具大范围普查和对特定目标详查的功能。由于它做到了“海陆全能”，在我国的海洋维权、海洋开发和海洋资源保护方面发挥了重要作用。其主用户遍及国家海洋局、民政部、水利部、中国气象局等十几个部门及行业。

▲ 高分四号拍摄的澳大利亚火灾影像

高分四号

如果说高分前3颗星都是“千里眼”的话，高分四号卫星就是“万里眼”。前3颗卫星停留在距地面几百公里的低轨道，所以其每次“看地球”的范围比较小，也就是幅宽小，而高分四号为了开阔眼界，就跑到距地36000公里的地球静止轨道去“居高临下”了。

2016年6月13日，高分四号卫星投入使用，这是个重5吨的“大个子”，它是我国第一颗地球静止轨道遥感卫星，定位于东经110度的赤道上空，即海南岛的正南方。利用地球静止轨道“站得高、看得远”的优势，它一眼就能盯住近半个地球，“高分四号”以50米分辨率可见光、400米分辨率中波红外遥感能力，长期定点观测中国南海及周边地区。请随便感受一下“苍天有眼”还定点悬在你头顶不动的效果。

有意思的是，“高分四号”与位于低轨的“高分一号”“高分二号”等卫星是组网运行的。也就是说，先由高分四号卫星“站得高、看得远”地粗扫一眼，再引导低轨卫星去近距离详查。

在这个过程中，“高分四号”的每张照片覆盖范围约16万平方公里，完成对西太平洋1000万平方公里海区的覆盖约需60张，4～12分钟即可完成拍摄。“高分四号”也是国际宪章值班卫星，曾对2016年澳大利亚南部的森林大火进行了监测，为防火应急任务决策提供了支持。此外,高分四号卫星还可对台风进行高频次连续监测,持续监控地壳温度、作出地震预警，在沙尘暴监测、雪灾预报、雾霾污染源查找等应用领域都发挥了重要作用。

高分五号

今年5月9日发射的高分五号卫星是为雾霾等大气问题量身定制的环境专用卫星，可以间接测定PM2.5。

高分五号卫星主要用于探测区域大气污染气体，据称是高分专项中搭载载荷最多、光谱分辨率最高、研制难度最大的卫星。由于采用了高光谱遥感技术，与前面的“千里眼”“万里眼”“透视眼”相比，“高分五号”就是“火眼金睛”，可以探测物质的具体成分，从而去伪存真、辨出本源。

因此，“高分五号”不仅可以用于大气监测，还可用水环境和陆地生态环境监测等，为中央环保督察及环境专项执法检查提供技术支持。“高分五号”的工作模式多达26种，可以实现多种观测数据融合应用。目前，我国的生态环境部、自然资源部和中国气象局等均为“高分五号”的主要用户。

▲ 高分五号卫星热控实验

▲ 高分六号卫星

高分六号

刚刚发射的高分六号卫星则与高分一号相似，是一颗低轨光学遥感卫星，也是中国首颗精准农业观测的高分卫星，将与在轨的高分一号卫星组网运行。高分六号卫星主要用于农业、林业、草原等资源监测。

“高分六号”是我国第一颗设置了能有效反映作物光谱特性的红边谱段的多光谱遥感卫星，也是我国首颗精准农业观测的高分卫星。除了用于农业、林业、草原等资源监测和减灾等领域外，还兼顾环保、国安和住建等方面的应用需求。

高分七号

目前仍在研，但计划于今年发射的高分七号卫星属于高分辨率空间立体测绘卫星，具备优于1米分辨率的立体观测能力和精度优于1米的激光测高能力。“高分七号”将主要应用于高精度制图，国家测绘地理信息局等是主要用户。

“天眼”工程的效益

当前，民用对地观测的遥感数据已经形成了一个成规模的国际市场。事实上，高分专项的实施不但牵引了我国民用遥感技术的发展，还培育着我国的卫星数据应用市场。

近年来，国内市场上国外卫星数据的价格大幅度降低，我国的16米数据已全部替代进口，2米/8米数据自给率达到80%以上，1米/4米数据部分替代进口数据，分辨率低于2米的国外卫星数据已基本退出国内市场。

同时，高分专项已成为我国民用航天国际合作的重要抓手和支撑，为“一带一路”空间信息走廊建设与应用工程、亚太空间合作组织多任务小卫星星座、金砖五国遥感卫星星座等项目建设奠定了坚实的基础，大力推动了我国航天“走出去”战略的实施。

这些都再次印证了，重大航天工程所带来的社会和经济效益是非常可观的，不想被敲竹杠、要当领头羊，核心技术就必须要掌握在自己手里。