多国竞相打造新型资源神探

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2013年2月11日，美国发射了首颗第4代“陆地卫星”――“陆地卫星”8号，使全球新型资源卫星研发达到了新高潮。近一两年，不少国家纷纷发射新型资源卫星，在国内，2012年4月18日，我国首颗民用宽幅带、高空间分辨率遥感卫星――资源一号02C星正式在轨交付给国土资源部；2012年7月30日，我国首颗高精度民用立体测绘卫星资源三号正式投入使用；2012年9月29日，我国为委内瑞拉研制的委内瑞拉遥感卫星1号上天，这是我国首次向国际用户提供遥感卫星整星出口和在轨交付服务。在国外，2012年9月9日，法国首颗第4代“斯波特”――“斯波特”6号入轨，它具有质量轻、寿命长、分辨率高的优点；2012年12月1日，分辨率为0.7米的法国昴宿星1号B光学成像卫星上天，它与2011年12月17日发射的昴宿星1号A在同一个轨道面内相位成180°分布，每24小时实现全球覆盖，这标志着由2颗“昴宿星”光学卫星和4颗“宇宙-地中海”雷达卫星组成的法意“光学和雷达联合地球观测系统”全部建成。

超级勘探队员

现在，人类对自然资源的需求量与日聚增，使有限的资源越来越紧张；另外，受自然条件的限制，许多丰富的资源至今还沉睡在人类尚未涉足的深山老林、茫茫沙漠和浩翰大洋之中。然而，用传统的勘探方法和较先进的航空遥感都远远满足不了对地球资源不断增长的需求，只能用当代最先进的勘测手段――资源卫星才能迎刃而解。这主要是因为资源卫星居高临下，所以能方便地观测矿藏资源、农作物长势、森林、渔业和污梁等的分布；用资源卫星取得的数据，可绘制成特种地图和预测自然灾害，具有大范围、快速、定期和综合观测等优点。

资源卫星之所以神通广大，不仅因为其位置“得天独厚”，站得高，看的远，并且由于它装载了不同谱段的先进遥感器，例如，可见光、红外、多光谱和微波遥感器，使它们的观测范围更大，观测能力更强。

资源卫星利用不同遥感器获取地物目标辐射和反射的多种谱段的电磁波信息，然后将所获信息发送给地面站，地面站再根据事先掌握的各类物质的波谱特性，对这些信息进行处理和判读，从而得到各类资源的特性、分布和状态等。

链接：从物理学知道，地面上的任何物体每时每刻都在不断向空间辐射或反射着电磁波，由于它们的性质和特点不同，辐射或反射电磁波的能力也不同，这就好像我们每个人的指纹都不同一样。卫星上的遥感器可把不同地点的各种物质所辐射或反射的电磁波能量记录在胶片或高密度磁带上。遥感信息通过无线电波传输给地面接收站，经过几何校正、辐射校正以及投影变换后，得到比较真实的图片或电信号，然后进行判读。判读分为人工判读、计算机判读和假彩色影像增强判读，判读的结果都是假定，最后还必须由有经验的地质工作者或考古学家给予科学的解释和说明，经过实地验证，才能最后判定它的可靠程度和实用价值。

为了保证资源卫星在基本相同的光照条件下获取地面目标的图像，并对同一地点进行周期性观测，以便进行对比分析，资源卫星一般选用太阳同步轨道。

资源卫星的原理与气象卫星一样，但运行轨道较低，以便获得较高的分辨率对地进行详细的观测。不过，资源卫星一条轨道上所能扫描的观测带不如气象卫星那么宽，即幅宽较气象卫星小，所以对全球观测一遍时间较长。资源卫星一般运行于700千米～900千米高的圆形太阳同步轨道，10天～30天可观测地球一遍。其遥感图像的分辨率一般为2米～20米。资源卫星与侦察卫星也是大同小异，主要差别是使用的频谱和对地面分辨率的要求不同，前者要求用多频谱工作，能识别地面和地下的各种特征，但分辨率差一些，后者主要用可见光或近红外照相，分辨率在1米以内。

正是由于资源卫星在国民经济建设各个领域发挥着越来越重要的作用，对经济和社会的可持续发展具有巨大的影响，因此世界各国都非常青睐它，竞争也十分激烈，其中美国“陆地卫星”和法国“斯波特”系列卫星在国际民用遥感卫星领域影响较大。除了民用遥感卫星系统外，资源卫星目前还有商业遥感卫星系统和大型综合遥感卫星系统两类。前者是小型高分辨率商业遥感卫星，如美国的“快鸟”、“世界观测”等卫星，最高全色（即黑白）分辨率达0.45米，它们已经成为国家基础性、战略性资源，广泛应用于精确制图、城市规划、土地利用、资源管理、环境监测和地理信息服务等领域，是各国最主要的地理空间信息获取装备，可带来巨大的军事和经济效益。后者由多颗卫星星座组成，如美国“地球观测系统”即将建造的欧洲“全球环境与安全监测”系统等，对保护地球环境具有重要作用。

美法谁执牛耳

自从1972年7月23日世界上第1颗资源卫星――“美国陆地卫星”1号发射成功以来，美国共发射了8颗“陆地卫星”，其中第6颗卫星发射后失踪。这些“陆地卫星”部运行于近圆形太阳同步轨道，18天可覆盖全球一遍。

“陆地卫星”1、2、3号是美国第1代“陆地卫星”，它们的分辨率为80米，幅宽185千米。各国从这3颗卫星上共接收了约45万幅遥感图像，充分验证了资源卫星的实用价值。例如，“陆地卫星”1号确认了巴基斯坦某地有2个斑岩铜矿；纠正了塔克错湖实际面积数；发现了日本大阪湾海面的严重污染状况。1982年7月和1984年3月分别发射的“陆地卫星”4、5号是美国第2代“陆地卫星”，其分辨率提高到30米。1999年4月15日升空的“陆地卫星”7号是美国第3代“陆地卫星”，分辨率达到15米。2013年2月11日人轨的“陆地卫星”8号是美国首颗第4代“陆地卫星”，还将研制第2颗第4代“陆地卫星”――“陆地卫星”9号。

第4代“陆地卫星”运行在高约705千米的太阳同步近圆轨道，发射质量2623千克，设计寿命5年以上，体积与一辆SUV汽车大小相当，耗资8.55亿美元。它装有两只千里眼：实时传输业务陆地成像仪和热红外探测器。实时传输业务陆地成像仪是一台推扫式相机，成像谱段包括9个短波谱段，比“陆地卫星”7号增加了1个海岸气溶胶谱段和1个卷云探测谱段，少了热红外谱段；全色分辨率为15米，其他谱段分辨率为30米，幅宽185千米，数据量化值为12比特，所以数据信噪比较高。热红外传感器是1台基于量子阱红外探测器的遥感器，由长阵列光敏感探测器焦平面组成，专用于热红外谱段成像，其上的两个红外通道的中心波长为10.8微米和1 2微米，焦平面由3个640×512的量子阱红外探测器面阵组成，工作温度为43K，分辨率100米，幅宽185千米。这两只千里眼将同时收集全球陆地表面多光谱图像，包括沿海区域、极地冰、群岛和大陆地区，然后将数据传输至地面接收站。

打造第4代“陆地卫星”的目的是保持“陆地卫星”数据的连续性，在监测气候变化，改善生物多样性和人类健康，以及在能源和水资源管理、区域规划、灾难复原，农业发展等多个领域起到重要作用。这是因为在轨运行的“陆地卫星”5号和7号早已超期服役，而且部分设备出现问题，所以研制了新一代“陆地卫星”。经过历展，美国“陆地卫星”技术水平稳步提高并初步实现商业化运营。

自从美国发射“陆地卫星”1号之后的10多年，该系列资源卫星一直技压群芳。然而，自1986年2月22日法国“斯波特”1号升空以来，这种局面发生了改变。现在，它们已平分秋色。至今，已有6颗“斯波特”卫星先后升空，其中“斯波特”1、2、3号为第1代，全色分辨率为10米，多光谱分辨率20米，幅宽60千米；“斯波特”4号为第2代，增加了观测谱段和寿命；“斯波特”5号为第3代，质量3吨，主要改进是提高了分辨率，使全色分辨率提高到2.5米和5.0米两档，多光谱分辨率提高到10米，幅宽60千米，并能同轨立体成像；“斯波特”6号和2014年发射的7号为第4代，它们将把“斯波特”对地观测项目持续到2023年。

第4代“斯波特”卫星具有质量小、寿命长、成本低等优点，运行在694千米高的太阳同步轨道。其质量只有800千克，设计寿命是“斯波特”5号的2倍，达10年；每颗卫星上有两台高分辨率相机，单星每天成像范围250万平方千米。虽然其分辨率和幅宽与第3代“斯波特”一样，但更加敏捷，能执行快速反应任务，每天上传六个任务计划，获取无云图像。它们与2颗已上天的法国“昴宿星”形成互补，满足多样化任务需求，保持系统的宽覆盖能力和图像数据的连续性，因为“昴宿星”虽然分辨率高，达0.7米，但幅宽只有20千米。

总的来讲，法国“斯波特”比美国“陆地卫星”分辨率高，遥感器性能稳定，能拍立体图像，但幅宽只有60千米，且谱段少，故适用于城市规划、军用制图等。而美国“陆地卫星”幅宽达185千米，谱段多，因而是监测灾害、调查资源的“大腕”。简言之，它们各有所长，适用的范围不同。

中国发展迅速

由于资源卫星对国计民生发展有重要的促进作用，所以我国对此很重视，现已发射了4颗资源一号卫星，其中2012年投入使用的资源一号02C星最为先进，是首颗民用宽幅带、高空间分辨率遥感卫星。它的发射质量约2056千克，设计寿命3年。它装有2台分辨率为2.36米的全色分辨率相机（光谱范围为0.50微米～0.80微米），1台分辨率为5米100米的全色/多光谱相机（全色相机谱段为0.51微米～0.85微米，多光谱相机工作谱段有3个：0.52微米～0.59微米、0.63微米～0.69微米、0.77微米～0.89微米），可采用2台全色高分辨率相机拼接的方式提供了54千米的成像幅宽，最大限度提升了高分辨率数据的观测幅宽。在轨测试表明，该卫星所拍图像质量接近或达到国际先进水平，数据质量满足1：2.5万～1：10万国土资源调查监测精度要求；最小监测图斑面积达到0.2亩，满足经济发达地区、重点关注区域资源现状高分辨率调查监测要求；融合影像的属性精度、面积精度、最小监测图斑等指标与常规使用的法国“斯波特”5号、德国“快眼”数据接近。

2012年投入使用的还有资源三号卫星。其质量约2650千克，运行在高度约500千米的太阳同步轨道，具有立体测图功能、测图精度高、影像数据量大、处理速度快等特点。它是我国首颗高精度民用立体测绘卫星，装载了一组分辨率为2.1米（正视）和3.5米（前后视）的三线阵立体测绘相机（工作谱段均为0.50微米～0.80微米），以及1台空间分辨率为5.8米的多光谱相机（工作谱段有4个：0.45微米～0.52微米、0.52微米～0.59微米、0.63微米～0.69微米、0.77微米～0.89微米），幅宽约50千米，可提供3.5米分辨率立体影像，2.1米全色/5.8米多光谱平面影像，是目前我国设计精度最高的遥感卫星。该卫星集测绘和资源调查功能于一体，影像数据覆盖全球逾4.578×108千米，其中覆盖中国领土9.3242×108千米，使我国的测绘方式由大地测绘、航空测绘提升为航天测绘，使我国地图的更新率由过去的平均5年提升为60天。它第一次使我国卫星遥感图像质量达到国际先进水平，第一次实现我国低轨遥感卫星5年设计寿命，大大提升了我国对地观测卫星的应用效益。

2012年9月29日发射的委内瑞拉遥感卫星1号采用中国空间技术研究院航天东方红卫星有限公司的CAST-2000卫星平台，装有2台全色/多光谱相机和2台宽幅多光谱相机，其中2台全色/多光谱相机在639千米高的分辨率为2.5米（全色）/10米（多光谱），幅宽为57千米；2台宽幅多光谱相机在639千米高的分辨率达到16米，组合幅宽为369千米，在轨寿命5年。该星具有±35°的快速侧摆机动能力，可保证全色/多光谱相机在4天内对全球任意目标实现重访，宽幅多光谱相机可在3天内实现对全球任意目标重访。它们成像清晰、图像层次丰富。据悉，其全色/多光谱相机是高性能光学小相机，在成像谱段数量、覆盖宽度、动态范围、轻小型化等指标方面，超过了国内外同类型的遥感相机，居国际先进水平。该卫星是委内瑞拉拥有的第1颗遥感卫星，主要用于委内瑞拉国土资源普查、环境保护、灾害检测和管理、农作物估产和城市规划等。

今后的几年，我国将发射更先进的资源一号03、04卫星。此外，我国重力卫星、雷达卫星和资源三号后续卫星研制也已列入相关计划，以实现各种气候条件下的地理信息获取，为国家基础测绘提供稳定可靠的卫星数据源保障，

2010年全球遥感数据商业销售收入达13亿美元，2020年将达到41亿美元，卫星遥感的商业化已成为重要发展趋势。全球环境日益恶化、灾害频发，所以对高质量遥感数据需求迅速增加，随着国民经济的发展，现代航天技术的进步，高分辨率商业遥感卫星正成为卫星遥感系统的重要发展方向。