2011年8月16日6时57分,这是一个激动人心的时刻,载有“海洋二号”卫星的“长征四号乙”运载火箭从太原卫星发射中心点火升空。当我们还在为“蛟龙”号深海载人潜水器成功深潜5000米而自豪时,“海洋二号”卫星承载着13亿中国人民的蓝色梦想,划破苍穹,射向太空,为中国海洋卫星发展历史树立了一座新的里程碑。
如今,海洋观测已进入立体观测时代。利用卫星、飞机、船舶、浮标、水下自航器、海床基观测系统及岸基台站观测系统,从空间、海面、水中、海床、沿岸对海洋环境进行多平台多层次的长时序连续立体观测,显著提高了对全球海洋的观测能力,深刻改变和加深了人们对全球海洋的认识,有效地预报了海洋灾害,大大提高了海上生产作业、军事活动、旅游娱乐的海洋环境保障能力。海洋卫星观测和水下自航器的移动观测是海洋环境立体观测的主要手段。20世纪70年代,以海洋卫星SeaSat-A的发射为标志使海洋观测进入了现代空间遥感时代。海洋卫星和卫星遥感海洋应用已成为现代海洋观测的主要手段。
我国海洋卫星之梦
卫星是发达国家的国家目标和国际竞争的产物,是现代科技水平和国家综合实力的重要标志。应用于海洋环境和资源调查观测的卫星通常分为陆地(资源)卫星、气象卫星、海洋卫星。由于海洋的广袤性、连通性、时变性、复杂性和要素的多样性(如风、浪、流、温、盐、深、水色等)与特有性,决定了海洋卫星具有区别于陆地卫量和气象卫星的诸多特点,例如,海洋卫星要求全天候全天时探测;卫星地面覆盖周期要短;对半球乃至全球的探测能力要强;要能定性探测与定量探测相结合;轨道定位精度比常规测定轨精度要高出几个量级等。同时,虽然气象卫星和陆地卫星与海洋卫星上的主要探测器都属于光学探测器,但海洋水色探测器的接收灵敏度要比陆地探测器高约10倍,而且探测器的波段要多而窄,并需要多个探测器配合进行多变量的测量。从探测器上看,气象卫星和陆地卫星的探测器主要是光学探测器,而海洋动力环境卫星和海洋地形卫星主要使用微波探测器。海洋卫星的这些独特优势,决定了我国虽然由于多种因素制约曾长期应用陆地和气象卫星开展海洋应用研究,但始终没有停止专门研制发射海洋卫星的执著追求。
缘于海洋卫星日益显现的巨大作用,发达的海洋国家一直竞相发展海洋卫星事业,纷纷发射海洋卫星。美国于1978年6月26日成功发射了第一颗实验型海洋卫星,此后,苏联、日本、欧盟、加拿大等国家和我国台湾地区也相继发射或搭载发射自己的海洋卫星,至今全球已发射了几十颗海洋卫星或以海洋观测为主要目的的其他卫星。
我国第一颗海洋卫星的立项工作始于1985年。随着国家的改革开放,我国的海洋科技事业和航天事业蓬勃发展,为赶超世界海洋科技先进水平,提高国家的海洋观测能力,在老一代科学家的倡导下,国家海洋局开始组织海洋卫星的可行性论证工作。1985年至1987年间,国家海洋局会同航天部、中国科学院组织相关专家召开了系列研讨会。1987年1月,王大珩、汪德昭等26位著名科学家联名写信给党中央和国务院,提出尽快发展中国的海洋卫星技术。同年10月,国家海洋局、航天部、中国科学院3个部门联合完成了《海洋卫星立项研制工作报告》和《海洋卫星技术经济综合论证专题报告》,并上报国务院。自此,我国海洋卫星工作开始进入基础调研和技术准备阶段。
到20世纪90年代初期,我国海洋事业进入快速发展阶段。为适应海洋事业发展的需要,1993年在国防科工委、国家科委、中国航天总公司、中国科学院等部门和广大海洋界、航天界著名科学家的大力支持下, 1994年,国家海洋局在已有工作基础上,进一步加强了对海洋卫星工作的总体规划,以需求带动应用,采取分步走的策略,把工作重点放在发射海洋水色卫星上。同年12月,国家海洋局将《发射系列海洋水色卫星的初步论证报告》等一系列规划与报告上报国家计委和国防科工委,得到国家计委和国防科工委的大力支持。
为了做好海洋卫星立项论证,国家海洋局将此任务列为“九五”期间“六个一”重点工程之一,并专门成立了国家海洋局海洋卫星工作领导小组和海洋卫星总体部,调集科技精兵强将,倾注全力,确保海洋水色卫星立项综合论证工作。经过8个月的艰苦奋斗,在与卫星有效载荷研制单位、卫星总体设计单位及卫星搭载相关单位进行技术协调后,海洋卫星总体部(现为国家卫星海洋应用中心)终于在1997年1月完成了海洋水色卫星的综合论证报告和立项的准备工作,并于1月30日通过了由陈芳允、任新民、陈述彭院士任主任、副主任委员等29位国内航天、遥感和海洋界知名专家组成的论证报告评审委员会的评审,从而为海洋卫星的正式立项铺平了道路。
1997年6月30日是一个值得纪念的日子。就在这一天,国防科工委正式下达了“关于海洋水色卫星立项研制的批复”,从而开启了中国海洋卫星事业的大门。根据海洋卫星系列的总体规划,作为第一颗海洋水色卫星,国家海洋局将其命名为“海洋一号”卫星,并按其后续“海洋一号”系列卫星发射的次序,定名为“海洋一号A”卫星。随后,国家海洋局又组织制定了海洋卫星及卫星海洋应用发展长远规划,并纳入中国航天事业发展规划。在2000年11月发布的《中国的航天》白皮书中,明确了海洋卫星系列是我国长期稳定的卫星对地观测体系的重要组成部分。根据总体规划,我国将以“海洋一号”水色卫星系列为起点,陆续发射海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋监视监测卫星系列,逐步形成以我国卫星为主导的海洋空间监测网。争取到2015年,使我国在海洋卫星研制、发射、测控技术和地面应用技术方面,最大限度地缩小与先进国家的差距,并在某些方面还要赶上和超过世界先进水平,同时推动海洋卫星与气象卫星、资源卫星、环境减灾小卫星星座等构成我国长期稳定运行的卫星对地观测体系。
2002年5月15日9时50分,我国第一颗海洋卫星“海洋一号A”在山西太原基地由长征火箭发射升空。这是我国海洋界引以自豪的特殊时刻,因为我国人民依靠自己的力量终于把中国的海洋事业推向了世界,推向了空间遥感海洋观测的新时代,结束了我国没有海洋卫星的历史。广大海洋工作者就像30多年前(1974年4月24日)收听中国第一颗人造卫星“东方红一号”发射升空时的激动心情一样,收听、收看了中央人民广播电台和中央电视台发射海洋卫星的新闻报道,国家海洋局组织了130人的参观团,亲临现场,见证了这一激动人心的重大时刻。
2007年04月11日,我国自行研制的“海洋一号B”卫星在太原卫星发射中心发射升空。“海洋一号B”卫星是“海洋一号A”卫星的后续星,它是我国海洋立体监测系统的重要组成部分,主要用于海洋水色、水温环境要素探测,为我国海洋生物资源开发利用、河口港湾的建设与治理、海洋污染监测与防治、海岸带资源调查与开发,以及全球环境变化研究等领域服务。
我国海洋卫星发展任重道远
目前,世界各国的海洋卫星和以海洋观测为主的在轨卫星已有30多颗。自美国1978年发射世界上第一颗海洋卫星以后,苏联、日本、法国和欧洲空间局等相继发射了一系列海洋卫星。美国、日本等发达国家采用单一功能的小卫星和多功能的大卫星“两条腿走路”的发展方针,并同时发展可见光、红外、微波遥感器,形成单功能和多功能海洋卫星齐头并进的格局,逐步形成以海洋卫星为主导的海洋环境立体监测体系。微波遥感器的应用提高了海洋卫星全天时、全天候的海洋环境监测能力。美国的第一颗海洋卫星是多功能的带有5种遥感器的综合监测卫星,中间经过一系列专用小卫星系列发展过程,直到1998年才确定了EOS系列环境综合卫星(EOS-AM,1998;EOS-PM)。日本从1987年的MOS-1、1992年的JERS-1、1996年的ADEOS-1和2000年的ADEOS-2也一直走发展小卫星和综合卫星系列相结合的道路。苏联/俄罗斯从1980年~1996年的十多年间,也自成体系发展了海洋环境综合卫星。
对于我国海洋卫星发展现状,国家海洋局局长刘赐贵认为,与发达国家相比,我国的海洋卫星还处于起步阶段。他表示,从卫星的发射情况上看,目前我国海洋卫星数量上与发达国家有较大差距。我国海洋卫星的设计寿命普遍只有2到3年,与欧、美一些国家卫星七八年的寿命差距较大,而且也无法做到像欧、美等发达国家的连续发射,对海洋进行长时间、不间断的观测。从卫星的型谱化发展上看,我国的海洋卫星还仅有海洋水色和海洋动力环境卫星两个系列,专用海洋雷达卫星系列尚未建立,难以适应在恶劣海况下海上溢油等灾害应急,海洋权益维护,海域和海岛监管等监测的需求。此外,对于海洋遥感器技术研究和卫星应用上投入不足,造成我国遥感器技术和卫星应用水平与国外有一定差距。这些差距都意味着我国的海洋卫星事业发展依然任重道远,责任重大。
“海洋二号”为我国带来新希望
2011年8月16日,“海洋二号”卫星成功发射升空。国家海洋局局长刘赐贵认为,这是近30年来中国海洋卫星发展历史上的又一个里程碑。
国家海洋局于2001年即开始开展“海洋二号”卫星的关键技术预研和卫星综合立项论证工作,2007年1月海洋二号卫星工程获得国家的立项批复。海洋二号卫星是我国最为复杂的对地遥感卫星之一,它集主、被动微波遥感器于一体,实现同时对地观测,电子兼容性复杂,对地天线多达16副,且卫星具有我国遥感卫星中最高精度的测定轨能力,通过采用GPS、多普勒测定轨系统(DORIS)和激光测距三种精密定轨手段,使轨道的确定精度达到厘米量级。
刘赐贵介绍说,“海洋二号”是我国发射的第三颗海洋卫星,它采用微波探测手段对海面风场、海流、海浪和温度等海洋要素进行监测,与“海洋一号”A、B两颗卫星相比,主要有4点不同:一是目标不同,“海洋一号”主要探测海洋水色信息;“海洋二号”主要探测风、浪、流等海洋动力环境信息。二是手段不同,“海洋一号”采用可见光和红外谱段的光学设备对地成像;“海洋二号”采用微波遥感全天时、全天候探测海洋动力环境信息。三是轨道高度不同,“海洋一号”轨道高度为798公里,每天上午10时30分左右飞过我国上空实施探测;“海洋二号”轨道高度971公里,每天早晚6时飞过中国上空。四是卫星平台规模不同,“海洋一号”采用小卫星平台,质量约400公斤;“海洋二号”采用大卫星平台,质量达1570公斤。
“海洋二号”卫星主要用于海洋动力环境观测,为海洋防灾减灾、海上交通运输、海洋工程和海洋科学研究等提供技术支持,在涉及海洋动力环境的海洋相关工作中发挥重要作用。比如,“海洋二号”系列卫星将为海洋预报提供观测海域的风场、浪高等初始场数据,大幅提高预报产品的精度和时效性。
“海洋二号”使我国海洋卫星首次以厘米级定轨精度和微波探测方式,全天时、全天候的获取宝贵的海洋动力环境数据,将极大提升中国海洋监管、海权维护和海洋科研的能力。这也标志着中国海洋卫星向系列化、业务化方向迈出一大步。
刘赐贵表示,作为卫星用户单位,国家海洋局将大力推进“海洋二号”卫星应用,利用其覆盖面积大、快速、全天时、全天候的工作能力,提高海洋环境监测、海洋灾害预警预报和应急能力,提升全球气候变化等前沿科学的研究水平。同时,为提升我国大洋与极地科考能力、海监维权执法能力、海洋资源开发保护和综合管理的管控能力等提供技术支持。
此外,刘赐贵透露,根据《陆海观测卫星业务发展规划》,我国将积极推动建立与完善我国自主海洋卫星与卫星海洋应用的业务化体系,加快推进海洋水色环境(“海洋一号”)、海洋动力环境(“海洋二号”)系列后续卫星立项研制,着力发展海洋雷达卫星系列,并使卫星达到业务化、长寿命、不间断稳定运行。同时,我国还力争在“十二五”末期,实现3-4颗海洋卫星同时在轨运行,并建成天地协调、布局合理、功能完善、产品丰富、信息共享、服务高效的覆盖我国近海、兼顾全球的国家海洋卫星地面应用系统,满足海洋监视监测现代化、科学化、信息化、全球化的要求。