专家详解“三极遥感星座观测系统”——冰路卫星

　　我国“三极遥感星座观测系统”首颗试验卫星——冰路卫星(又名“京师一号”)近日已在深圳包装入箱，预计今年9月发射升空。通过每天对极地区域的全覆盖观测，数据将服务于全球气候与环境变化研究和北极航道开发。

　　发展极地专用遥感卫星意义何在?微小卫星有何优劣性?冰路卫星有什么样的规划路径?记者就此专访了冰路卫星首席科学家程晓。

　　我国极地研究高度依赖欧美卫星数据

　　2014年1月，我国“雪龙”号和俄罗斯“绍卡利斯基”号破冰船被困南极冰海。程晓当时所在的北京师范大学极地遥感团队提出的脱困方案被采纳，并被证明是有效方案。

　　“可最终支持我们及时拿出方案的是美国卫星数据。”在程晓看来，“这也凸显了我国现有卫星体系在极地观测能力上的严重不足。”

　　南北极是全球变化的指示器与放大器。但由于太阳高度角低、冰雪反照率高，两极也是卫星遥感观测的难点。

　　放眼全球，美国、欧洲和加拿大的极地卫星已实现了对极地的大范围连续观测，基本实现了千米级分辨率的每日重复(如美国MODIS卫星)和10米级分辨率的每旬重复。此外，欧洲和美国还分别发展了测高卫星，能实现对极地冰层的厘米级精度的高程变化测量，对理解极地冰川和海冰变化具有重要意义。

　　值得一提的是，上述极地卫星遥感数据对科学界和公众开放，已成为国际极地遥感领域的主导性卫星遥感数据。

　　预计打造由24颗小卫星组成的星座网

　　但程晓说，虽然上述卫星实现了大范围连续观测，但无法捕捉到极地冰—海—气间强烈且快速的相互作用过程。而这是极地研究的核心和前沿领域。

　　为提高对极地连续遥感观测能力，国际上目前有两种解决方案：一种是发展极地同步卫星，但这种卫星造价极高且需要大推力火箭将卫星推至3万公里以上太空;另一种是美国“鸽群”卫星思路，建立低成本的微小型遥感卫星星座。单星重量仅为一些传统大型卫星的千分之一，成本仅为几十甚至几百分之一，但能够实现卫星系统的快速技术更新。

　　冰路卫星采用了“鸽群”发展模式，在载荷配置上有独特设计——超宽幅中分辨率相机、高分辨率相机和AIS接收机。其中宽幅相机分辨率设定为80米，幅宽达800公里，将是国际通用的千米级和十米级分辨率极地卫星数据的重要补充，单星能够实现5天内对两极地区全覆盖，有望提升对冰山漂移、冰架崩解等现象的监测能力，组成星座后则能实现对上述快速变化过程的小时级观测。此外，该星还集成了星载AIS接收机，可为极区船舶规划航行线路，做出航道风险评估，支撑北极航道开发。

　　“冰路卫星是一颗‘探路’星，通过它将组建星座打下基础。”程晓说，按照规划，星座由24颗小卫星组成，一定程度上可实现全天时观测。此外还规划了高轨极地SAR卫星和迷你SAR卫星星座，希望2030年前完成最终部署。

　　有望在今年南极科考中初试身手

　　近年来，国内不少高校纷纷“放卫星”。

　　“总体来说，国际上小卫星技术刚起步，但比照美国、丹麦和日本，我国尚有较大差距。”在程晓看来，我国高校从事微小卫星研究不是太多了，而是太少了。但他同时强调，不能为了放卫星而“放卫星”，比如发展极地遥感小卫星，最终目的是获取尽可能多的极地遥感观测数据支持科学研究。

　　此前，程晓和团队已通过国际合作，在北极地区部署地面接收站以接收卫星数据。下一步还计划在南半球高纬地区建设卫星地面接收站，进一步缩短卫星在南极观测数据的下传时延。

　　为提升卫星数据的定量化水平，北京师范大学今年下半年将派出冰路卫星副总设计师刘旭颖博士随双“龙”(“雪龙”号、“雪龙”2号)赴南极执行无人机遥感和地面同步调查任务，开展星—机—地同步遥感实验。这意味着，冰路卫星有望在今年南极考察中初试身手，与双“龙”共探极地。