助力建設美麗中國的高分五號衛(wèi)星有哪些技術(shù)？

中國航天近期又有一次引人矚目的發(fā)射。5月9日2時28分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號丙運載火箭成功發(fā)射高分五號衛(wèi)星。這是世界首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星，也是我國光譜分辨率最高的衛(wèi)星。高分五號衛(wèi)星的成功發(fā)射，是我國實現(xiàn)高光譜分辨率對地觀測能力的重要標志，將滿足環(huán)境綜合監(jiān)測等方面的迫切需求，對掌握高光譜遙感信息資源自主權(quán)，助力建設美麗中國具有重要意義。

高分五號衛(wèi)星的本領為何這么強？衛(wèi)星上搭載了哪些“神器”，又能發(fā)揮什么作用？

高分五號衛(wèi)星將填補國產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白

高分五號是一顆什么樣的衛(wèi)星？

高分專項工程總設計師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東說，高分五號是高分專項（高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項）規(guī)劃的唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測衛(wèi)星，是世界上首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星，也是我國高分專項中一顆重要的技術(shù)試驗星。

專家介紹，高光譜遙感是當前遙感技術(shù)的前沿領域。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”，是用以識別和分析不同物體特征的一種重要的“身份證”。而高分五號衛(wèi)星與此前發(fā)射的高分一號、二號、四號衛(wèi)星有所不同。光學成像只能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等，高分五號衛(wèi)星具備的光譜成像技術(shù)，可使光譜與圖像結(jié)合為一體，探測物質(zhì)的具體成分。

高分專項應用系統(tǒng)副總師、生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心主任王橋表示，目前我國在大氣污染防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、中央環(huán)保督察、環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件應急處置等日常工作中，已經(jīng)越來越離不開遙感監(jiān)測的支撐。但對于大范圍、定量化、同步觀測要求較高的生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測，現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)覆蓋和重訪能力、空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率等方面都存在很大差距，嚴重制約了衛(wèi)星遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境保護工作中的應用。

據(jù)了解，高分五號衛(wèi)星是以生態(tài)環(huán)境部為牽頭用戶、自然資源部和中國氣象局等為主要用戶的環(huán)境專用衛(wèi)星，具有高光譜、大范圍、定量化探測等特點，面向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測搭載的多個大氣探測載荷具備大幅寬、高光譜及偏振探測能力，使二氧化氮和二氧化硫等污染氣體、二氧化碳和甲烷等溫室氣體高精度遙感探測成為可能。

因此，高分五號衛(wèi)星將填補國產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白，通過對大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等物理要素的監(jiān)測，動態(tài)反映我國大氣污染狀況。同時，高分五號衛(wèi)星還可以對內(nèi)陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物、巖礦類別進行探測，為我國環(huán)境監(jiān)測、資源勘查、防災減災等行業(yè)，提供高質(zhì)量、高可靠性的高光譜數(shù)據(jù)。

裝載的陸地觀測載荷和大氣類觀測載荷讓高分五號衛(wèi)星擁有了“火眼金睛”

高分五號搭載了哪些“神器”？

從2012年12月立項，到今年5月發(fā)射，高分五號的研制歷時65個月。衛(wèi)星設計壽命8年，裝載2臺全新研制的陸地觀測載荷和4臺全新研制的大氣類觀測載荷。這6大載荷“神器”讓高分五號衛(wèi)星擁有了“火眼金睛”。

王橋說，以大氣痕量氣體差分吸收光譜儀為例，它具有從紫外到可見波段獲取高光譜數(shù)據(jù)的能力，光譜分辨率高達0.5納米，可用于6種以上大氣痕量氣體成分分布和變化的定量反演，支持空氣質(zhì)量變化監(jiān)測、各種排放過程對大氣組成成分和全球氣候變化的影響分析。

“再如最新研制的兩個水體陸地探測儀——可見短波紅外高光譜相機和全譜段光譜成像儀，這兩個載荷為我們實現(xiàn)高精度、定量化的水體和陸地生態(tài)環(huán)境要素監(jiān)測提供先進的技術(shù)手段。”王橋說，這兩個載荷在水環(huán)境監(jiān)測方面，可用于水體污染物監(jiān)測、飲用水源地環(huán)境風險監(jiān)測、城市黑臭水體監(jiān)測、近岸海域水環(huán)境監(jiān)測等；在陸地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面可用于地表精細分類、開發(fā)、建設、生產(chǎn)活動引起的生態(tài)破壞和生態(tài)影響監(jiān)測、生態(tài)系統(tǒng)狀況及動態(tài)變化監(jiān)測、中央環(huán)保督察及環(huán)境專項執(zhí)法檢查技術(shù)支持等。

童旭東介紹，高分五號衛(wèi)星的譜段范圍寬，可實現(xiàn)紫外至長波紅外譜段的高光譜觀測，是國際上首次實現(xiàn)對大氣和陸地進行綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星。此外也是國內(nèi)光譜分辨率最高的衛(wèi)星，實現(xiàn)了對氮氧化合物、二氧化硫等痕量氣體的高光譜監(jiān)測，光譜分辨率為0.3—0.5納米。

高分五號還是國內(nèi)探測手段最多的光學遙感衛(wèi)星，同時具有多光譜、高光譜、偏振、多角度、掩星、耀斑等多種觀測手段，工作模式多達26種，可以實現(xiàn)多種觀測數(shù)據(jù)融合應用。

此外，高分五號衛(wèi)星定標精度高，星上載荷光譜定標精度達0.008波數(shù)，為國內(nèi)衛(wèi)星之最。就像一把尺子是否準確需要標校一樣，高精度定標是高光譜衛(wèi)星定量化應用的基礎，是衛(wèi)星探測信息準確不失真的重要保證。

高分五號所在的“高分家族”，可以說個個都有絕活

高分五號所在的“高分家族”什么樣？還有哪些“高分兄弟”？

童旭東說，高分專項是國家16個重大科技專項之一，于2010年批準啟動實施。經(jīng)過8年的努力，我國已成功發(fā)射高分一號至五號衛(wèi)星，今年還將發(fā)射高分六號衛(wèi)星。

如果用一句話來介紹這些“高分兄弟”的話，可以說個個都有絕活。

高分一號實現(xiàn)了中高分辨率與大幅寬相結(jié)合的觀測能力。高分一號衛(wèi)星視野廣闊，一眼下去覆蓋800公里，4天即可完整觀測地球一遍，航天科研人員稱其是“大幅寬成像”。

高分二號標志著我國民用遙感衛(wèi)星跨入亞米級分辨率時代。它可以用“目光銳利”來形容，如果說地球上的小轎車在高分一號衛(wèi)星的眼中還只是一個黑點的話，那么，高分二號衛(wèi)星已經(jīng)能分辨出小轎車是兩廂還是三廂了。

高分三號是我國首顆1米分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛(wèi)星，最大的特點就是具備全天時、全天候的成像能力，不管白天或黑夜、晴空或雷雨多云，隨時都能對地成像，尤其適合應用于防災減災。

高分四號是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛(wèi)星。它不像高分一號衛(wèi)星和高分二號衛(wèi)星那樣在600—700公里的近地軌道環(huán)繞地球“奔跑”，而是站在距地36000公里的地球同步軌道上相對靜止地駐留凝望，可以對某一目標區(qū)域持續(xù)進行觀測。

今年將要發(fā)射的高分六號衛(wèi)星，是我國首顆設置紅邊譜段的多光譜遙感衛(wèi)星。

高分專項的實施大幅度提升了我國民用遙感衛(wèi)星技術(shù)水平，低軌衛(wèi)星空間分辨率由實施前最高2.1米提高到0.8米，地球同步遙感衛(wèi)星分辨率由千米級提高到50米，低軌遙感衛(wèi)星設計壽命由3年大幅提高到8年。

“高分家族”的衛(wèi)星，從太陽同步軌道到地球同步軌道，從可見光到微波，從普查到詳查，初步構(gòu)成了我國自主高分辨率對地觀測系統(tǒng)并形成體系能力。

在衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用方面，高分專項突破了數(shù)據(jù)遙感政策、共性關鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)與資源共享、服務創(chuàng)業(yè)平臺等方面的管理技術(shù)瓶頸。目前，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在20余個行業(yè)、30個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）得到廣泛應用，在很大程度上實現(xiàn)了對國外同類型衛(wèi)星數(shù)據(jù)的替代。

這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)有力支撐了各級政府治理能力和治理體系現(xiàn)代化，在軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議、精準扶貧中發(fā)揮了重要作用。