9月12日，我國首顆極地遙感小衛星，也是我國“三極遙感星座觀測系統”的首顆試驗衛星——冰路衛星在太原衛星發射中心成功發射。該衛星成功發射後，經過近一個月在軌測試，運行一切正常，每天對地球南北兩極地區進行全覆蓋觀測，已獲得一批一手的衛星觀測數據。
衛星數據引接系統於10月8日正式上線，並對全球科學家開放。用戶註冊後，可免費查詢和下載衛星已拍攝存檔的數據。用戶還可以提出新的觀測需求，衛星運控團隊綜合評估後，將安排衛星拍攝並提供數據。
彌補自主觀測“三極”短板
長期以來，我國一直沒有一顆專門用於兩極觀測的衛星。冰路衛星的成功發射和第一批測試數據發佈，讓我國極地領域科研人員備受鼓舞。
冰路衛星項目發起人、中山大學測繪科學與技術學院院長程曉表示，“三極遙感星座觀測系統”中的“三極”是指南北極和被稱為第三極的以青藏高原為核心的高海拔區域。這三個地區的生態環境非常脆弱，對全球氣候變化的反應也最為敏感、劇烈。由於我國衛星能獲得的極區資料非常有限，科研人員高度依賴國外衛星遙感數據。
2001年，一幅30米分辨率的美國陸地衛星影像在中國遙感衛星地面站定價4000元、5米分辨率的法國SPOT衛星影像要價3萬元。當時，程曉從武漢大學考入中國科學院遙感應用研究所攻讀博士學位。為開展極地遙感研究，他寫了幾十頁的報告向歐洲空間局申請了4幅歐洲資源衛星ERS所拍攝的南極格羅夫山地區的雷達影像。同時，在中國科學院院士郭華東幫助下，他獲得了日本JERS-1衛星拍攝的同一地區的雷達影像。
利用這幾幅來之不易的南極雷達影像，程曉完成了我國首篇極地雷達遙感博士論文，開創了雙頻干涉雷達方法，揭示了南極格羅夫山地區複雜的冰流場。
2013年底，我國極地考察破冰船“雪龍”號在南極冰海被困，我國各路遙感衛星立即開展針對性觀測，但發揮關鍵作用的仍是國外免費開放的衛星數據。
“近年來，我國發射的高分、資源等系列衛星基本實現了國土區域遙感數據的自給自足。然而，兩極特殊區域的觀測仍然極其缺乏，這與我國航天大國的地位極不相稱”。為彌補我國長期自主極地觀測數據短板，2017年，程曉提出了“我國應該建立三極遙感星座觀測系統”的倡議，得到了全國20多家科研院所的支持，項目得以順利推進。
在科技部支持下，“三極遙感星座觀測系統”的首顆試驗衛星——冰路衛星由北京師範大學和深圳東方紅海特衛星有限公司聯合研製。
為“鴿群”模式探路
開始時，“三極遙感星座觀測系統”計劃發射80顆衛星，後來經過科研團隊估算，只用24顆衛星也能初步達到科研效果。
程曉介紹，科研團隊開始設計衛星的時候，是在綜合考慮國內現有衛星成果和國外同用途衛星成果情況後做出的設計決定，並沒有簡單地去複製國外現有模式。
目前，國際上有兩類主流極地觀測衛星：一類以美國陸地衛星Landsat-8為代表，30米分辨率、180公里幅寬，2013年發射；另一類是最高分辨率250米的MODIS衛星，其幅寬達到2300多公里，1999年發射，設計壽命5年，實際上已經穩定運營了20年。
科研團隊選擇的是介於這兩種之間的新型觀測模式，分辨率優於80米，幅寬近800公里。冰路衛星提供的一種獨特幅寬和分辨率組合的極地遙感數據，可與國外衛星遙感數據協同使用。
據瞭解，冰路衛星重約16公斤，配備了2臺光學相機載荷和1臺AIS接收機。衛星的寬幅相機專門針對極地觀測高動態場景進行設計，傳感器對同一地物自動進行兩次長、短時間曝光，輸出融合後的圖像，可有效改善冰雪、陸地水體同時存在的高動態場景成像效果。通過每天對極地地區的觀測，可及時獲取海冰變化情況，並結合AIS接收機收到的船隻信息，自動為船隻規劃航行線路，做出航道風險評估。
“目前國際上發展的大衛星，雖然功能強大，但研製週期長、成本高、風險大”。有鑑於此，科研團隊提出了小衛星模式，搭載的傳感器從十幾個降為3個，成本從十數億元降為幾百萬元，研製週期從5年~10年降為1年多。
“小衛星具有高集成度、成本低、研製週期短、批量生產能力強、配置靈活、可擴展性強等特點，適用於姿態控制精度高、機動能力強、數據傳輸量大的微納遙感衛星任務。”衛星研製過程中，程曉和科研團隊從用戶角度提出科研需求，用來反推支撐衛星平臺、載荷、軌道高度、軌道設計等，衛星研製發射和獲得的數據成果也因此更能滿足科研應用需求。
“冰路衛星還是一顆‘探路’星，未來將採用‘鴿群’發展模式”。程曉舉例說，假如只放一隻鴿子出去傳遞信息，遭遇意外，信息就斷了，但是如果放一群攜帶同樣信息的鴿子，到達目的地的概率就大大提升了，這就是低成本、高效率的“鴿群模式”。
“其實該衛星不僅可針對極地進行觀測，還可以實現全球範圍內任意區域中等分辨率圖像採集，只是因為目前電源和傳輸條件限制，優先極地觀測”。程曉表示，待到“星座”組建完成後，預計可實現對極區快速變化過程的小時級觀測。
後續應用是關鍵
衛星發射成功，後續應用是關鍵。在程曉看來，評價一顆衛星發射的必要性，主要看後期成果應用情況，如果應用少，所獲取的成果質量好壞就缺乏實踐考驗，無法把合理的意見和建議反饋到前端，也非常不利於我國衛星遙感產業發展。
據瞭解，冰路衛星的影像成果完全開放、免費提供給用戶使用。在數據處理方面，為解決衛星數據的實時接收、處理和分發，國際商業衛星地面接收站負責接收數據並傳回國內；吉林長光衛星公司負責衛星數據前期處理，之後把數據上傳到“華為雲”，實現數據的快速下載和處理，並供全球共享。
程曉表示，希望吸引更多用戶使用冰路衛星數據，用戶在應用中發現問題，可提出意見和建議，促進衛星設計和研製水平提高，從而提供更優質的衛星數據，加強我國極地天基觀測能力。
目前，在我國的極地科學研究中，冰路衛星已初顯身手。9月25日，位於我國南極中山站西側的南極洲第三大冰架——埃默裡冰架發生了大崩解，產生了一個面積約1670平方公里的巨大冰山。針對這一突發的冰山崩解事件，衛星運控團隊緊急啟動了機動模式，對埃默裡冰架及南極中山站地區，實施過境即拍，衛星連續8天成功成像，實現了對該地區的連續監測。
在中國第36次南極科學考察中，該衛星副總指揮劉旭穎跟隨“雪龍”號奔赴南極中山站，沿途開展衛星地面真實性檢驗和“衛星-無人機-地面”同步科學實驗，以提升衛星在極地冰區導航能力和定量化應用水平。
“冰路衛星有效提高了我國的極地遙感能力，減少對國外衛星的技術依賴，彌補了我國極地觀測數據不足，將為促進我國極地與全球氣候變化研究發揮重要作用”。程曉說，歡迎更多用戶下載冰路衛星影像數據，通過冰路衛星數據應用的探索和實踐，為建設更健全、更開放、更優質的數據平臺提供指導，帶動更多的圖像數據後端處理及應用技術發展。
記者 高 悅 方正飛
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