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“中国天眼”高分卫星闪耀太空

  11月3日,由中国航天科技集团有限公司所属中国空间技术研究院抓总研制的高分七号卫星,在太原卫星发射中心发射升空并取得圆满成功。作为我国首颗亚米级民用光学立体测绘卫星,“高分七号”能在太空中拍摄出高精度3D立体大片,为中国乃至全球的地形地貌画出一幅误差在1米以内的立体地图。

  “高分七号”其实是卫星“小弟”,在它的前面,还有多位同“辈分”的卫星大哥。通过“高分专项”系列卫星,我们离“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”的梦想又前进了一大步。扬子晚报记者特邀南京航空航天大学航天学院闻新教授,为您系统讲解“高分家族”里的7个“葫芦娃”。 扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

  高分家族的7个“葫芦娃”中,“高分一号”无疑是年龄最大的老大哥。2013年,“高分一号”便“乘坐”长征二号丁运载火箭进入太空,▲●成为我国高分辨率对地观测系统的首发星,自此揭开了给地球拍摄“高清照片”的序幕。

  “高分一号”携带的摄像机可以实现2米、8米、16米三种分辨率的拍摄,既有广度,也有精度,实现了在卫星上中、高分辨率和宽幅成像能力的结合。“高分”卫星在太空中到底是按照什么路线飞行?闻新教授向记者展示了一张图片,描绘了卫星运动的星下点轨迹。其轨迹将地球“平分”为若干个可视区域,“高分”卫星可以拍摄到运动轨迹路线上的地球图像,但存在着访问时间周期和空间周期较大的问题。根据已经公开的数据,高分一号的观测幅宽为800公里,可以在4天内将整个地球看一圈。

  不同于人类拍摄照片时的“咔嚓”一声后“立等可取”的成像模式,“高分”卫星给地球拍摄高清照片其实是由一组组的数据组成的,工作人员通过接收到卫星传回地面的数据,再像解读“电报密码”一样进行编译和组合,最终便能诞生出地球的高清照片。

  “高分一号”在天上孤零零的工作了一年之后,终于迎来了自己的小伙伴“高分二号”。2014年8月19日,“高分二号”卫星成功发射,成为我国自主研制的首颗空间分辨率优于1米的民用光学遥感卫星。

  和“高分一号”相比,“高分二号”对于地球的“触感”灵敏了不少,它具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点,有效地提升了卫星综合观测效能。通过和“高分一号”的搭配使用,可以实现空间分辨率0.8米的“鹰眼”效果。

  “这里的0.8米可以视作是一个‘识别距离’。”为了方便读者理解,闻新教授举了个例子。“假设两个人平行站着,两人之间的距离小于80厘米,◇•■★▼那么从太空中远远望过去,这两个人会被误认为是一个人。但两人的距离只要大于80厘米,那么‘高分二号’便能在距离你600公里外的太空清晰地看到,‘嘿,南京的汉中门大街上,有两个人正准备过马路呢。’”

  2016年8月10日,“高分三号”卫星成功升入太空,作为一颗微波雷达成像的遥感卫星,“高分三号”最大特点是具备全天时、全天候成像能力,不管白天、黑夜、晴空、雷雨,都可以随时成像。

  高分三号卫星在系统设计上进行了全面优化,具有高分辨率、大成像幅宽、多成像模式、长寿命运行等特点,主要技术指标达到或超过国际同类卫星水平。

  高分三号卫星具备12种成像模式,是世界上成像模式最多的合成孔径雷达卫星。卫星成像幅宽大,与高空间分辨率优势相结合,既能实现大范围普查,也能详查特定区域,可满足不同用户对不同目标成像的需求。甚至能探测到地球上亚米级的地面沉降。此外,高分三号卫星还是我国首颗设计使用寿命8年的低轨遥感卫星,能为用户提供长时间稳定的数据支撑服务,大幅提升了卫星系统效益。

  2015年升空的“高分四号”和前三位好动的“兄弟”不同,它和地球的状态是相对静止的,“站”在距离地球36000公里以外的地球静止轨道上,通过指向控制,实现对中国及周边地区观测。2016年,“高分四号”卫星还在气象观测中派上了大用场。它实现了对于台风“妮妲”的秒级观测,观测到台风眼区精细化结构特征、云系内中小尺度对流的演变特征,为提升台风路径和强度预报准确率提供重要参考。★-●△▪️▲□△▽

  闻新教授告诉记者,“高分四号”与高分一至三号之间形成了“高低搭配,干活不累”的局面,一号至三号卫星都属于低轨遥感卫星,具有空间分辨率高、看得更清楚的特点,但一次成像观测视野较小,对固定区域重访所需周期较长,时间分辨率较低。而高轨遥感卫星“高分四号”恰恰可以弥补低轨遥感卫星的不足,两者结合发挥出更大效益。

  2018年5月,“高分五号”卫星在太原卫星发射中心成功发射。“高分五号”卫星的职能和前几颗相比相对有所转移,作为一颗高光谱分辨卫星,“高分五号”携带了四个大气环境探测载荷“上天”,主要负责对大气环境进行监测,可以动态监测我国大气污染状况。

  其中,大气痕量气体差分吸收光谱仪可用于空气质量变化监测,☆△◆▲■分析各种排放对大气成分和全球气候变化的影响。大气主要温室气体监测仪可用于区域大气环境监测,以及全球温室气体“源”分析。大气气溶胶多角度偏振探测仪能支持高精度大气校正、全球气候变化研究等。大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪能分析痕量气体、温室气体的垂直分布信息,开展气候变化研究。

  闻新告诉记者,过去,我国对污染气体和温室气体的监测主要依靠美国和欧洲的卫星,高分五号发射后,大大缓解了对国外数据的依赖。▼▲

  发射时间:2018年6月2日 负责给农林业“查户口” 观测影像颜色更多彩

  “高分六号”的发射时间和“高分五号”非常接近,在“高分五号”升空后一个月,“高分六号”也抓紧时间来到了太空中。“高分六号” 搭载2个大幅宽光学相机,并为宽幅相机新增了4个波段,主要任务是对农业和林业进行观测,面向农业农村、林业和防灾减灾等应用。

  闻新告诉记者,“高分六号”携带的宽幅相机“波段增加”的含义,通俗理解便在于成像颜色的增加。500万彩票平台比起过往的“高分”系列卫星单色成像的特点,“高分六号”卫星对于农林业的观测影像颜色更加丰富多彩,增强了不同地表覆盖、不同作物类型、不同生长状态之间的差异识别能力,监测精度也有提高。

  “高分七号”是高分系列卫星中测图精度要求最高的科研型卫星,拥有极好的“视力”。进入太空后,它将会在地球上空36000公里的高度飞行,但依然能将地球上的“一举一动”看得一清二楚。

  闻新告诉记者,★◇▽▼•给测绘卫星“测视力”也有一张“视力表”,卫星的绘图比例尺就是他们的“视力”。高分七号可以实现民用1:10000比例尺立体测图,而过往的卫星,可以实现的立体测图比例尺为1:5000或者其他。这就好比过往的卫星只能在地球这张巨大的“视力表”上看到高速公路或是国道,然后进行定位。但“高分七号”则可以精准地看到更为窄小的乡间小路。

  帮助“高分七号”提高视力的,是搭载高分七号“上天”的多台有效载荷,也就是通俗意义上的“照相机”,它们分别是双线阵立体相机、激光测高仪等。这些“照相机”带给“高分七号”的变化,不仅是视力的提升,还有绘图质量的提高。•●闻新告诉记者,通过这些有效载荷,“高分七号”突破了亚米级立体测绘相机技术,能够获取高空间分辨率光学立体观测数据和高精度激光测高数据,将这些数据进行处理后得出的测绘“照片”,精度高,信息准确,更重要的是成像立体,而且达到了亚米级的空间分辨率,拍出来的“照片”是“裸眼3D效果”,完全是立体大片了。

  ●“高分”的全称是高分辨率对地观测系统重大专项,它在网络上被亲切地称为“中国人自己的全球观测系统”。

  ●高分专项目标是建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地数据获取系统,将与其他观测手段结合,形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。

  虽然大家见到的“高分”卫星,序号排到了七号,但“高分家族”其实并不止这“七个葫芦娃”,还有已经升空的高分十号、高分十一号、高分十二号。闻新教授介绍,高分专项工程是中国国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)的16个重大科技专项之一。

  高分一号到七号顺利升空后,在天空中形成了全方位保驾护航的“天眼”模式,可以涵盖不同空间分辨率、不同覆盖宽度、不同谱段、不同重访周期的高分数据型谱基本形成,与其他民用卫星遥感数据相配合,为高分遥感应用奠定了坚实基础。据悉,经过近10年发展,高分专项卫星数据已在国土、环保、农业、林业、测绘等领域应用中取得了重要成果。高分专项工程还设立了30个省级高分数据与应用中心,取得了一大批应用成果,为促进区域经济发展、提升地方政府现代化治理能力等提供了服务支撑。

  迄今,高分数据在20余个行业中应用,已成为相关部门主体业务不可或缺的手段及各级政府治理结构和治理体系的重要支撑,很大程度上实现了对国外同类型卫星数据替代。后续,高分专项工程重心将进一步聚焦应用。到2020年,将建成先进的陆地、大气、海洋对地观测系统,为现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重要领域提供服务,确保掌握信息资源自主权,促进形成空间信息产业链。

  11月28日7时52分,我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将高分十二号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。高分十二号卫星的地面像元分辨率最高可达亚米级,主要用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”建设和国防现代化建设提供信息保障。

  Q:高分“葫芦娃”在太空中各司其职,那么岂不是测绘卫星发射得越多,能看得越清楚?

  A:就像马路上会用黄线区分开人行道和机动车道一样,太空中的卫星在运动时也有自己的“行车道”。要是同一“车道”里的卫星超过一定的数量,那么势必会加大“碰撞”风险。一定数量下的测绘卫星的确可以让拍摄出的图片更加清晰,但一旦数量过多,◆◁•为了避免“碰撞”,那么卫星设计和卫星维护的成本将更高。

  Q:高分系列卫星的视力如此惊人,◆●△▼●会不会拍摄到我们的生活日常?会泄露隐私信息吗?

  A:目前人造卫星还没有能力实现人脸识别的功能,但对于地图测绘,我国有法条明令,2016年1月1日起执行的《地图管理条例》第三十五条规定,互联网地图服务单位收集、使用用户个人信息的,▲●…△应当明示收集、使用信息的目的、方式和范围,并经用户同意。互联网地图服务单位需要收集、使用用户个人信息的,应当公开收集、使用规则,不得泄露、篡改、出售或者非法向他人提供用户的个人信息。互联网地图服务单位应当采取技术措施和其他必要措施,防止用户的个人信息泄露、丢失。

  A:太空垃圾的“归属地”基本都在南太平洋。这里是规定的“卫星坟场”。达到工作年限后,卫星会自动开启销毁程序,直奔这里。此前我国发射的天宫一号等飞行器,也是落在南太平洋。卫星从太空坠落,进入大气层就会因为与大气摩擦产生热量,▲★-●然后爆炸解体产生碎片,一部分小的碎片会在大气中烧蚀,□▼◁▼另一些大的碎片会落入到南太平洋。

  A:能!在11月4日至9日地球观测组织(Group on Earth Observations,GEO)2019年会议周上,中国国家航天局推出了“中国国家航天局高分卫星16米数据共享服务平台(CNSA-GEO平台)”,发布了相关数据政策,宣布正式将中国高分16米数据对外开放共享。通过平台公布的卫星图像,大家可以更直观地了解什么是燕山山脉、华北平原、长江三角洲,甚至可以找找你家大概在什么位置,看看周边的环境。

儿童摄影 2019-12-01