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海洋二号在轨运行五周年:拨云瞰海卫海疆

时间:2016年10月14日 信息来源:中国科学报 点击: 【字体:

海洋二号卫星研制现场

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发射场工作


苍茫太空之中,一颗由我国自主研发制造的遥感卫星如同闪亮的眼睛,24小时不停歇地注视着地球,俯瞰着同样苍茫的海洋,监测获取着与我国海洋息息相关的海量信息。这个不知疲倦、兢兢业业的监测者就是海洋二号卫星,也是我国第一颗获取海洋动力环境信息的卫星。


海洋二号卫星是我国“十一五”民用航天科研专项计划的重点项目,是我国第一颗获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星,具备全天候、全天时、全球连续探测风、浪、流、潮及温度等海洋动力环境信息的能力,设计在轨寿命三年。2011年8月16日,卫星成功发射升空;2012年3月2日,交付给用户国家海洋局,正式投入使用;五年来,卫星在轨运行稳定,取得了良好的应用成果,综合指标达到国际领先水平,在国内外海洋动力环境信息获取方面发挥了重要的作用,获得了各界用户的一致好评。目前,海洋二号卫星在轨迎来了5周岁生日,同时,也迎来了高分三号这个新的微波伙伴,两星将携手工作在晨昏轨道上,为我国海洋强国的事业谱写新篇章。


创新篇:打造海洋观测“千里眼”


海洋二号卫星是由中国航天科技集团公司五院总体部(以下简称总体部)抓总研制的我国首颗海洋动力环境探测卫星。研制过程中,总体部在国防科工局、集团公司和五院领导下,始终坚持强化自主创新,着力推动卫星关键部件自主化,努力提升工程研制信息化,突破了高精度有效载荷、精密测定轨等关键技术,并在多个技术领域填补了国内空白并达到国际先进水平,不仅使海洋二号成为国内第一颗获取海洋动力环境数据的卫星,我国第一颗高精度航天器,国内第一颗定量观测的微波遥感卫星,而且第一次搭载进行了星地激光通信试验,第一次开展了微波遥感器的海上辐射校正和真实性检验;同时,通过自主创新,实现了我国卫星遥感能力水平的五大提升:一是观测精度达到国际先进水平,二是卫星测定轨精度达到国际先进水平,三是使我国在星地激光高速数据传输方面达到国际领先,四是提升我国卫星关键核心部件自主研发能力的发展,五是有效促进了我国卫星研制生产信息化水平的提升。


开创我国卫星遥感新领域


海洋二号卫星装载了由五院研制的微波散射计、微波辐射计和由中科院空间中心研制的雷达高度计、校正辐射计等多种主、被动新型微波遥感载荷,是目前国际上唯一一颗可全天候、全天时同步获取全球海面高度、有效波高、海面风场、海面风速、海面温度、大气水气含量、云中液水含量等多种遥感数据的卫星,其综合观测能力和性能指标达到了国际先进水平。


卫星每天可观测全球近90%区域海面风场,捕捉全球海上风暴,并确定强度、位置和结构,是目前世界在轨运行的重要海洋微波遥感综合观测卫星,其观测数据能够有效弥补国际上同类微波遥感卫星数据的不足,不仅开创了我国卫星遥感新领域,而且在全球对地观测体系中发挥着不可替代的重要作用。


首次实现国产卫星高精度测定轨


海洋二号卫星是我国首颗有精密定轨要求的卫星。由于卫星有重力场、大地水准面测量等任务需求,需要准确获取卫星轨道参数以满足高精度雷达高度计测量,这对卫星及数据处理提出了更多的要求。为此,海洋二号通过五院自主研制的星载双频GPS高精度的定轨系统,结合地面先进的测定轨方法和技术,实现了我国测定轨技术由米级到厘米级的跨越,卫星测定轨精度达到了国际先进水平。


首次星地双向激光通信


海洋二号卫星成功完成了与地面激光通信终端之间星地激光通信试验,这是国际上首次成功的低轨卫星与地面站之间“星地、地星双向激光通信”。基于此,海洋二号卫星可获得我国卫星光通信系统在轨空间运行状态参数,以及光在大气中远距离传输分布的数据采集分析;空间背景光噪声测试数据采集和存储分析;光束到达角起伏漂移测试数据采集存储分析等。


对此,海洋二号卫星总设计师张庆君介绍说,星地双向激光通信试验不仅解决了卫星高速数据传输的技术瓶颈,而且是我国卫星高速动态实时激光通信技术发展的里程碑。


实现大扰动下高精度姿态控制


海洋二号卫星配置了两个旋转载荷,其旋转部分占整星重量的10%,通过对星上各挠性部件的频率控制、旋转载荷转动稳定性及静动平衡的控制,并采用全新的整星动量管理技术,在轨实现了旋转载荷不间断工作情况下的高精度姿态控制,是目前国内姿态稳定度最高的卫星,确保了各综合观测的微波遥感载荷及激光通信能在轨正常工作,为各载荷的测量精度、精密定轨及星地激光通信试验的成功进行奠定了基础。


平台产品全部自主研制


海洋二号卫星实现了平台产品全部自主研制,特别是五院自主研制的新一代星敏感器、三浮陀螺、双频GPS接收机和X波段行波管放大器等关键设备首次在星上应用,运行稳定,各项技术达到或优于国外同类产品,不但打破了我国平台产品长期受制于人的局面,为后续卫星设计提供了备选产品,而且有力地促进了产品创新和研制能力提升。


首次全面采用航天器数字集成技术


海洋二号卫星在研制过程中,着力推进卫星平台标准化、通用化设计工作。首次全面采用航天器数字集成设计系统,搭建了卫星数字化总体设计应用平台,实现了卫星设计、生产、试验协同工作,大大缩短了研制生产周期,有效促进了我国卫星研制生产信息化水平的提升。


此外,海洋二号卫星首次突破了大型非对称高精度动静平衡控制技术;在整星电磁兼容的设计、控制和试验技术上取得了重大突破,是目前国内天线最多的卫星……一个个技术突破,一项项自主创新,作为世界上第一颗集散射计、辐射计、高度计等微波主、被动观测载荷于一体的卫星,海洋二号卫星以一系列“第一”,攻克种种超前甚至是世界级航天难题,闯出了一条开拓创新的海天之路,成为名副其实的海洋环境监测和资源开发应用的“千里眼”“多面手”和“导航灯”,是近30年来我国海洋遥感和卫星遥感发展历史的又一座里程碑。


实战篇:海洋应用创佳绩


2016年8月16日,海洋二号卫星在轨运行满五周年。五年来,卫星在轨运行稳定,数据产品精度高,应用效果显著,已逐步在海洋防灾减灾、海洋环境预报、海洋资源开发、海洋军事保障、海洋科学研究及国际合作等领域发挥了重要的作用,显示出极大的社会、经济和军事效益。


此外,交付以来,海洋二号卫星与已在轨运行的海洋一号卫星相互配合,分别以微波、光学两种观测手段,将海洋动力环境监测与海洋资源探测相结合,构成空间立体监测系统,进一步完善我国海洋立体监测体系,大幅提升我国对地观测卫星的调查和监测能力,同时也极大地提高了我国海洋立体监测能力,标志着我国海洋系列卫星体系初步形成。


让海洋灾害减到最小


我国地处太平洋西岸,风暴潮、巨浪等海洋灾害十分严重,造成的经济损失为数十亿元,严重年份高达上百亿元。而海洋二号卫星可以经济、方便地对大面积海域实现实时、同步、连续的风和浪的监测,提高海洋环境与灾害监测的预报和预警能力。


台风是世界上最严重的自然灾害之一,能够使沿海设施和百姓的生命财产受到极大的损害,而我国东南沿海是台风的重灾区和多发区。海洋二号卫星可以同时获取海面风场、海面温度、海面高度等海洋动力环境参数,其中海面风场观测具有大尺度、全天时、全球观测的特点,一天可以覆盖全球90%以上的海域面积。此外,通过星上的微波散射计和雷达高度计,能够及时监测到台度、位置、方向、结构和移动路径、速度等要素,提高对台风风场和路径监测的准确性,大幅提高台风引起的风暴潮和海浪灾害的监测和预报水平,是应对台风灾害直接有效的监测手段,数据产品已经在海洋预报单位和防灾管理部门投入了业务化应用。


从2011年10月1日全部载荷开始工作起,海洋二号卫星已经陆续观测到几年来登陆西北太平洋的全部台风,取得了第一手的实况资料和信息,为应对和防范台风等灾害发挥了重要作用。其中,2012年汛期监测到全部25次影响我国的台风,2013年汛期测到全部31次影响我国的台风。此外,因其具有全球观测能力,海洋二号卫星也为国际上几次重大灾害提供了有力的数据支持。


在积极应对台风灾害的同时,海洋二号卫星在海啸监测中也发挥了重要作用,为海啸监测预警提供了有力的数据支持。以印度尼西亚地震前后全球海域有效波高监测为例,2012年4月11日16时38分,印尼苏门答腊北部附近海域发生里氏8.5级地震。地震发生后,海洋二号卫星迅速利用数据对地震前后全球海域有效波高分布进行了监测分析和对比,表明地震前后全球范围内,特别是最有可能引发海啸的印度洋海域有效波高变化不超过1米,为最终海啸预警取消立下汗马功劳。


海洋环境的预报员


海洋二号卫星可以通过全天候、全天时对全球海域进行连续观测,获取海表温度、海面风场、海面高度和有效波高等数据,向各级海洋预报部门进行了实时分发,用作海洋预报部门的数值预报初始场资料。


据初步统计,通过海洋二号卫星数据的应用,已有效提高预报精度近10%。自2011年11月17日开始,卫星西北太平洋海域逐日海面温度产品纳入海洋环境预报系统,每周通过中央电视台新闻频道对外发布。此外,还为国家海洋环境预报中心每日提供当天过境的卫星海面风场、有效波高的数据及专题图用于台风风暴潮预报。


为海洋资源开发保驾护航


我国是一个海洋大国,海洋在我国社会经济和国防建设中的战略地位极为重要,海岸带的承载力和资源的可持续发展问题变得越来越突出。到目前为止,我国数十个近海渔场,由于过度捕捞衰竭现象十分严重。


海洋二号卫星可提供全球范围的海面温度、海面风场、海面高度、海流、中尺度涡等海洋动力环境信息,对渔场资源潜力作出科学估算,进行大洋渔场的环境监测,判别大洋渔场的分布和季节性变化,为制定渔业政策提供依据。同时,利用卫星数据制作的全球重点渔场环境、渔情信息、渔场概率预报等产品,可以为大洋渔业提供渔场环境预报和渔情信息保障,解决了我国远洋渔业生产中渔场环境与渔情不明的“瓶颈”问题,提高了我国远洋渔业的综合效益,促进了我国远洋渔业可持续发展。


助力海洋环境业务化监测


海洋二号卫星高度计空间覆盖率高、覆盖面积大,用来分析大尺度海平面变化具有独特的优势。其获取的全球和中国近海高精度、大面积和高分辨率的潮汐变化信息,为潮汐预报、海平面监测业务工作提供基础数据支撑,弥补了验潮站空间覆盖率低的缺陷,对扩大潮汐预报范围、改善海上潮汐预报精度、提高防灾减灾保障能力有重要意义。


高度计产品在大洋环流的监测中起着十分重要的作用,海洋二号卫星高度计产品已经在法国空间署的多任务业务产品中得到应用。


在海洋军事保障中发挥重要作用


海洋二号卫星获取的海洋动力环境数据具有极高的军事应用价值,为海上军事环境保障和军事海洋学研究提供了重要的海洋动力环境信息。卫星的产品数据在亚丁湾护航、东海军演、黄岩岛巡航、钓鱼岛巡航等多次军事活动和海洋维权行动中发挥作用,为任务的圆满完成作出了重要贡献。


为南极科考提供重要支撑


南极科考途中,工作人员需要穿越西风带。这个区域常年盛行西风,气旋一个接着一个,以往主要依靠卫星云图提供相关信息,从某种程度上说,科考船穿越西风带多靠运气。而海洋二号卫星获得的数据产品可以覆盖南北纬82°以内的全部区域,海面风场产品可覆盖至南北纬88°,其提供的西风带的大风速和浪高信息,可以为科考航行提供支持,在极地航线保障方面发挥了重要作用。


国际交流与合作应用广泛


海洋二号卫星是目前世界上最主要的一颗在轨运行的综合性海洋动力环境卫星,备受相关国家和国际组织关注。


目前,卫星中心已与法国空间中心建立了数据交换链路,并与澳大利亚气象局开展了合作。2012年8月,国家海洋局与欧洲气象卫星应用组织签订了关于海洋卫星数据应用与交换合作的谅解备忘录,在此基础上,双方在数据共享、数据处理、定标检验等方面展开合作。目前已开展了数据交换工作,中方提供了海洋二号卫星的微波散射计和雷达高度计数据。


此外,海洋二号卫星高度计产品已应用于法国空间署的业务高度计多任务系统AVISO中,散射计产品已被欧洲气象卫星应用组织用于中期数值同化预报业务中,也在美国的NOAA台风桑迪监测中发挥了重要作用。


海洋二号卫星资料产品已在这些国际海洋业务应用系统中业务化运行,经过评价,其产品质量达到了国际同类的先进水平,在业务化应用中发挥了重要作用。


数载心血结硕果,拨云瞰海卫海疆。海洋二号卫星在中国航天科技集团公司五院总体部研制人员精心呵护下,在轨运行五年,成功完成了海洋环境监测和开发应用的光荣使命,为祖国和人民递交了一份满意的答卷。


(作者:庞丹)
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