冰路衛星下月飛天 專家詳解“三極遙感星座觀測系統”

我國“三極遙感星座觀測系統”首顆試驗衛星——冰路衛星（又名“京師一號”）近日已在深圳包裝入箱，預計今年9月發射升空。通過每天對極地區域的全覆蓋觀測，數據將服務于全球氣候與環境變化研究和北極航道開發。

發展極地專用遙感衛星意義何在？微小衛星有何優劣性？冰路衛星有什么樣的規劃路徑？記者就此專訪了冰路衛星首席科學家程曉。

我國極地研究高度依賴歐美衛星數據

2014年1月，我國“雪龍”號和俄羅斯“紹卡利斯基”號破冰船被困南極冰海。程曉當時所在的北京師范大學極地遙感團隊提出的脫困方案被采納，并被證明是有效方案。

“可最終支持我們及時拿出方案的是美國衛星數據。”在程曉看來，“這也凸顯了我國現有衛星體系在極地觀測能力上的嚴重不足。”

南北極是全球變化的指示器與放大器。但由于太陽高度角低、冰雪反照率高，兩極也是衛星遙感觀測的難點。

放眼全球，美國、歐洲和加拿大的極地衛星已實現了對極地的大范圍連續觀測，基本實現了千米級分辨率的每日重復（如美國MODIS衛星）和10米級分辨率的每旬重復。此外，歐洲和美國還分別發展了測高衛星，能實現對極地冰層的厘米級精度的高程變化測量，對理解極地冰川和海冰變化具有重要意義。

值得一提的是，上述極地衛星遙感數據對科學界和公眾開放，已成為國際極地遙感領域的主導性衛星遙感數據。

預計打造由24顆小衛星組成的星座網

但程曉說，雖然上述衛星實現了大范圍連續觀測，但無法捕捉到極地冰—海—氣間強烈且快速的相互作用過程。而這是極地研究的核心和前沿領域。

為提高對極地連續遙感觀測能力，國際上目前有兩種解決方案：一種是發展極地同步衛星，但這種衛星造價極高且需要大推力火箭將衛星推至3萬公里以上太空；另一種是美國“鴿群”衛星思路，建立低成本的微小型遙感衛星星座。單星重量僅為一些傳統大型衛星的千分之一，成本僅為幾十甚至幾百分之一，但能夠實現衛星系統的快速技術更新。

冰路衛星采用了“鴿群”發展模式，在載荷配置上有獨特設計——超寬幅中分辨率相機、高分辨率相機和AIS接收機。其中寬幅相機分辨率設定為80米，幅寬達800公里，將是國際通用的千米級和十米級分辨率極地衛星數據的重要補充，單星能夠實現5天內對兩極地區全覆蓋，有望提升對冰山漂移、冰架崩解等現象的監測能力，組成星座后則能實現對上述快速變化過程的小時級觀測。此外，該星還集成了星載AIS接收機，可為極區船舶規劃航行線路，做出航道風險評估，支撐北極航道開發。

“冰路衛星是一顆‘探路’星，通過它將組建星座打下基礎。”程曉說，按照規劃，星座由24顆小衛星組成，一定程度上可實現全天時觀測。此外還規劃了高軌極地SAR衛星和迷你SAR衛星星座，希望2030年前完成最終部署。

有望在今年南極科考中初試身手

近年來，國內不少高校紛紛“放衛星”。

“總體來說，國際上小衛星技術剛起步，但比照美國、丹麥和日本，我國尚有較大差距。”在程曉看來，我國高校從事微小衛星研究不是太多了，而是太少了。但他同時強調，不能為了放衛星而“放衛星”，比如發展極地遙感小衛星，最終目的是獲取盡可能多的極地遙感觀測數據支持科學研究。

此前，程曉和團隊已通過國際合作，在北極地區部署地面接收站以接收衛星數據。下一步還計劃在南半球高緯地區建設衛星地面接收站，進一步縮短衛星在南極觀測數據的下傳時延。

為提升衛星數據的定量化水平，北京師范大學今年下半年將派出冰路衛星副總設計師劉旭穎博士隨雙“龍”（“雪龍”號、“雪龍”2號）赴南極執行無人機遙感和地面同步調查任務，開展星—機—地同步遙感實驗。這意味著，冰路衛星有望在今年南極考察中初試身手，與雙“龍”共探極地。