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海洋一号卫星:中国“蓝色经济”的呼唤

发布时间:2020-07-09 20:19:29 浏览数:

  随着现代航天技术的发展,海洋卫星在人类向海洋进军的征程中,扮演了十分重要的角色。为迎接海洋世纪的挑战,运用卫星等高科技手段,圆海洋强国之梦,对于正在向现代化迈进的中国具有重大而深远的意义。

海洋卫星

“数字海洋”的“千里眼”

海洋卫星遥感具有大面积、连续、动态、实时的观测优势和高分辨率、高精确度、可重复观测、与计算机系统完全兼容等优势,微波遥感器还具有全天候的特点。因此,被誉为“数字海洋”系统的“千里眼”。

由于海洋卫星上可携带可见光多光谱扫描仪、成像光谱仪、红外辐射计、微波辐射计、高度计、散射计和成像雷达等各种类型的遥感器,能够直接测量海色、海面温度、海面粗糙度和海平面高度等海洋环境参数。科学工作者利用这些参数,为海洋地质学、海洋化学、海洋工程学、海洋生物学等海洋科学研究和海洋捕捞业、海洋养殖业、海洋油气和矿产业、海洋运输、海洋化工、海洋医药业等海洋资源的开发和利用活动,提供动态的可靠的资料。

在海洋卫星的研制中,美国和前苏联走在世界各国的前列。从20世纪70年代初开始,上述两国先后发射了海洋资源调查卫星、海洋目标监视卫星和大型海洋电子侦察卫星等。仅1978年,美国就连续发射了3颗专门用于海洋观测的海洋卫星——Seasat-A,Tiros-N和Nimbus-7,形成了海洋卫星发展史上的第一次高潮。迄今为止,国际上已先后发射了10多个系列的数十颗海洋观测卫星,特别是进入20世纪90年代以来,以SeaWiFS,TOPEX/Poseidon,ERS-1、2和Radarsat等为代表的系列海洋卫星,无论在数量上还是在遥感器的综合遥感探测能力上,都有了飞速的发展,开始了海洋卫星由实验型向实用型的转变,掀起了海洋卫星发展的第二个高潮。在目前上天的海洋卫星中,尤其以携带星载合成孔径雷达的海洋卫星技术最为先进。由于合成孔径雷达卫星可以全天候、全天时的对全球海洋进行高分辨率成像观测,因此许多国家的海洋部门纷纷使用星载合成孔径雷达图像资料,应用领域不断扩展,并且取得显著的社会和经济效益。美、俄发射的海洋监测卫星能穿透几千米海水,不仅可用于海洋勘察、绘制详细海洋地质资料以及矿藏和生物资源分布调查,而且对海洋大陆架石油勘探和金属矿藏的开发发挥了重要作用。同时,它还可以侦察、跟踪对方在海底航行的核潜艇。

海洋卫星

发展“蓝色经济”的助推器

海洋卫星可以提供大范围的海面瞬间信息,揭示海洋瞬间万变的空间特征,获取用其它方法无法获得的各种海洋要素。它的出现和应用,为海洋科学的研究和海洋经济的发展插上了翅膀。

利用海洋卫星观测得到的海洋表面的波浪信息,可以为海浪预报、海洋工程和海洋学研究提供依据。据报道,美国等国家利用星载合成孔径雷达提供的大范围海浪场信息,对大洋长波浪的形成和传播以及波浪在近海岸的折射和绕射进行了研究,取得了积极的成果。西欧等国家将卫星观测到的信息用于海浪数值预报,从而有效地提高了海浪预报的精度。

利用星载合成孔径雷达进行浅海水深和水下地形探测,具有重要的经济和军事意义。在一定的海面风速和海况条件下,合成孔径雷达卫星能非常容易地发现海面船只,并确定其位置、大小种类、航行方向和速度等信息,这种信息不仅可以进行航道监测和对遇难船只及时进行营救,在军事上也具有十分重要的应用价值。自从1978年美国Seasat-1卫星发射以来,美国、前苏联和西欧等国家都相继开展了星载合成孔径雷达浅海水深和水下地形探测研究,取得很大进展。据有关资料介绍,在冷战阶段,美国、前苏联和西方一些国家曾利用星载合成孔径雷达对水下潜艇进行探测,确定其位置,美国已经能够在近海小风速下找出巡航中的潜艇尾迹。荷兰已经开发了“水深测量系统”,该系统对大面积海区进行水深测绘,试验区的绝对精度达到了30厘米。

利用海洋卫星图像资料还可以发现海洋油污染,估算其范围并监测其扩散。一些发达国家利用卫星资料已建立了卫星海洋污染监测系统。

海洋卫星同样受到了我国海洋科学工作者的青睐。从1994年开始,我国就接收国外海洋卫星遥感图像资料,进行海洋研究和实际应用,并取得了大量的成果。如在“八五”期间,我国有关部门完成了国家“863”课题《星载合成孔径雷达海洋应用研究》、《中加航天合成孔径雷达海冰应用试验研究》,还先后开展了《卫星资料在我国近岸海洋中的应用研究》和《海冰监测研究》等项目,我国和荷兰科学家利用卫星资料开展的海浪对海岸的侵蚀和对近海岸工程的影响研究;利用卫星资料,探讨东沙群岛西北海区内波的空间特征及其产生机制的研究;我国有关单位与加拿大遥感中心合作,于1995年在辽东湾开展了利用星载合成孔径雷达对海冰的监测应用试验等,都取得了较好的成果。我国科学家成功利用卫星图像资料,获得了登州浅滩的详细地形特征和山东蓬莱与烟台市海岸带地貌分类图。这些研究和成果,不仅缩小了我国海洋卫星发展及其图像资料应用与世界先进水平的差距,而且为卫星资料在我国的大范围应用打下了基础。

我国对海洋资源的开发和海洋科学的研究取得了很大成绩,但科技含量还不高,特别是我国还没有自己的海洋卫星,使海洋的开发和研究受到限制。维护海洋权益、合理开发海洋资源、科学保护海洋环境、防止和减少海洋灾害,是我国本世纪的重要使命。实现这些使命,必须依靠卫星遥感监测手段。

专家预言,21世纪将成为海洋的世纪。据预测,到2005年,我国海洋经济总产值可达到9000亿元,2010年,可达到14000亿元。在未来的一个时期里,我国直接海洋开发总产值的年增长速度将保持在11%~13%左右,海洋经济将占整个国民经济的10%,成为国民经济的重要组成部分。专家认为,保证上述目标的实现,一个很重要的方面,就是要依靠利用卫星遥感资料,及时掌握各种信息,指导海上生产;同时,为政府主管部门决策提供动态、及时、可靠的依据。

发展的中国

呼唤着海洋卫星

令人可喜的是,中国空间技术研究院已经为我国国家海洋局研制成功了海洋一号卫星,参看题图。

海洋一号卫星是一颗三轴稳定的准太阳同步轨道试验型应用卫星,卫星重量约365公斤,设计寿命两年。海洋一号卫星装载的有效载荷设备包括,一台10谱段分辨率为1.1公里、幅宽1600公里的海洋水色扫描仪,一台4谱段分辨率为250米、幅宽500公里的CCD相机,一套X波段数据传输系统。

今年5月15日,长征四号B型火箭在太原卫星发射中心成功发射海洋一号卫星和风云一号D气象卫星。海洋一号卫星由西安卫星测控中心实施工程测控,并接收工程遥测数据,卫星通过星上数据传输系统,将数据传回地面,由设在北京和三亚的用户地面站接收并进行数据处理。海洋一号卫星随“风云一号D”卫星达到870公里的轨道高度后,经过7次轨道机动,到达轨道高度为798公里的准太阳同步轨道。

海洋一号卫星主要用于海洋水色、水温环境要素探测。它将在海洋生物资源开发利用,河口港湾的建设和治理,海洋污染监测和防治,海岸带资源调查和开发,以及全球环境变化研究等领域有着广泛的用途。

海洋一号卫星入轨后的主要任务是:利用10谱段水色扫描仪和4谱段CCD相机获取我国近海及沿岸的可见光和红外海洋水色资料,实时向北京及三亚用户地面接收站发送图像数据;利用10谱段水色扫描仪获取我国境外的可见光和红外海洋水色资料,并存储在80mdytes容量的数据存储器中,当卫星经过设在我国境内的地面站时,卫星上的存储器便向地面站回放已存储的数据;考验卫星上的各个系统在空间环境中长寿命工作的能力。

海洋一号卫星是中国空间技术研究院利用CAST968现代小卫星公用平台技术研制的第二颗现代应用型小卫星。该卫星在我国1999年5月发射升空的“实践五号”小卫星的基础上进行了改进,增加了变轨能力和单轴驱动的太阳电池阵。卫星的控制精度有很大提高,整星功率初期为320瓦,末期为450瓦。

海洋一号卫星本体为长1.2米,宽1.1米,高0.996米的六面体,两个太阳电池阵展开后跨度为7.529米。卫星主体结构采用铝蒙皮铝蜂窝结构,主承力结构为两块长隔板和两块短隔板,一块载荷舱底板将星体分割成平台和载荷舱两部分。

海洋一号卫星包括结构、控制、热控、测控、电源、天线、星务管理、有效载荷、总体电路等9个主要分系统。整个卫星的信息交换采用485总线通讯方式;星务中心计算机作为上位机,其余各设备计算机作为下位机。这些下位机除完成自身功能外,还负责本分系统设备及设备附近卫星结构的温度测量任务。设备供电采用分散供电形式。卫星上装有GPS全球定位系统接收机,可以为测控基地提供卫星境外飞行的测轨数据。卫星热控制设计以隔热设计和舱内等温化设计等被动式热控制为主,必要时辅以电加热式的主动式热控制。卫星姿态控制采用三轴稳定对地定向方式。通过两个红外地球敏感器、三个惯性敏感器、两个数字式太阳敏感器来获得卫星精确姿态数据,通过磁力矩器、偏置动量轮、姿态控制推力组件等由计算机控制执行机构,实现对地滚动角≤0.4度、俯仰角≤0.4度、偏航角≤0.5度的控制精度要求。

海洋一号卫星实现了我国现代小卫星研制技术的新突破。在这颗卫星的研制中,科技人员克服了许多困难,在国内首次采用了小卫星研制中的以下几项关键技术。

1.机械制冷是水色扫描仪红外通道正常工作的重要保证机构,是水色扫描仪设计中的关键技术。我国海洋一号卫星的制冷温度为80K,制冷量达500mW;平均无故障时间为2500小时,大于2192小时的要求。2.为了提高仪器的探测灵敏度,水色扫描仪采用了K镜象消旋技术,此项技术在国际上也具有先进性。3.卫星采用分散供电体制,星上大量使用了我国自行研制的小型电源变换器。这种变换器与国外同类产品比较具有使用灵活、不需要滤波器、双通道和过流保护等优点。4.我国目前还没有专供小卫星使用的太阳电池阵驱动装置,为充分利用已有技术,海洋一号卫星采用了改进的资源一号卫星的太阳电池阵驱动装置,实现了单驱动器驱动两翼太阳电池阵的方案。

海洋一号卫星的研制和发射成功,不仅对我国海洋资源的开发利用、海洋科学的研究、海洋污染的监测和防治等具有重大意义,而且对我国现代小卫星研制技术的发展具有重大的推动作用。

据了解,继海洋一号卫星发射之后,我国还将研制发射一系列海洋卫星,这些卫星性能将更加先进,用途更加广泛。

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