2018年7月25日高分衛星觀測華北明珠—白洋淀。省高分中心供圖
2月3日，武漢火神山醫院正式交付使用。從雜草叢生的荒地到一座可以容納1000張病床的戰疫醫院，整個過程的觀測都在高分衛星銳利的“目光”之下。
有著太空“神探”之稱的“高分家族”（即高分辨率對地觀測系統系列衛星），仿若一隻只“天空之眼”，高掛在太空，地上的人類看不見，也摸不著，但這並不影響它們“遙望”我們，並用這種遠距離的技能改變著地上的生活。
從高分一號到高分七號，“高分家族”不僅構建起我國自主高分辨率對地觀測系統，在應用上也遍及國土測繪、農業、林業、環保等領域。太空中的“天眼”，正發揮著越來越重要的作用。
懸在天上的眼睛
在人造衛星領域，“通導遙”即通信、導航、遙感是衛星應用最主要的3個方向。
通信衛星不必作過多解釋，人類之所以能夠給地球的另一端打電話、發電報、視頻對話等都靠它；至於導航衛星，人們所熟知的北斗系列就屬此類，為地面、海洋、空中和空間用戶進行準確的導航定位。
遙感衛星，是幫助人們從天上觀測地面和海面的“眼睛”。國家航天局原局長、中國工程院院士欒恩傑對此有過一個通俗的解釋，他用《中庸》裡的“致廣大而盡精微”來描述：致廣大，指遙感衛星登太空之“高”望“遠”，看得廣大；盡精微，指憑藉高空間、時間、光譜、溫度分辨率，遙感衛星能抓住物體細小的特徵，捕捉細微的變化。
“高分家族”就是遙感衛星界的傑出代表。這個家族是我國16個重大科技專項之一，被稱為“天眼”工程。目前，已經發射入軌多顆遙感衛星，個個身懷絕技。
2013年發射的高分一號衛星，是高分專項工程的首發星，視野廣闊，一眼下去覆蓋800公里寬，4天即可完整觀測地球一遍。航天科研人員稱其是“大幅寬成像”。
2014年發射的高分二號衛星可以用目光銳利來形容。“它比高分一號衛星看得更清晰細緻，空間分辨率可達1米，如果說空間分辨率兩米的高分一號能看到地面的小轎車，那麼，空間分辨率達到亞米級的高分二號能看到地面的自行車。”省高分中心主任李子風介紹，高分二號將中國遙感衛星空間分辨率帶進了“亞米時代”。
2015年發射的高分四號衛星比較特立獨行，站在距地3.6萬公里的高軌道上相對靜止地駐留凝望，可以對某一目標區域持續觀測，而不必像高分一號衛星和高分二號衛星那樣在600公里-700公里的低軌道上“奔跑”，要數小時甚至數天才能重訪同一觀測區域。
而2016年發射的高分三號衛星和前幾顆衛星又有不同。“它是一顆微波雷達成像的遙感衛星，最大的特點就是具備可以全天時、全天候的成像能力，不管白天或黑夜，也不管晴空或雷雨多雲，都可以隨時對地成像，尤其適合於防災減災的應用。”李子風說。
後來，高分五號衛星和高分六號衛星也相繼出發了。“家裡人”對他們依然寄予厚望。高分五號負責動態監測我國大氣汙染狀況，高分六號負責陸地應急監測，各顯神通。
去年11月，“高分家族”再添“七娃”。作為我國首顆亞米級高分辨率光學傳輸型立體測繪衛星，與一般光學遙感衛星只能拍攝平面圖像相比，“七娃”是家族中唯一可以繪製立體圖像的，並且，還擁有目前國內最高的定位精度。
“如果說我國首顆民用高分立體測繪衛星資源三號能繪製1∶5萬比例尺地圖，解決了我國立體測繪從無到有的問題，高分七號衛星則能獲得1∶1萬比例尺地形圖。在資源三號的立體地圖上，我們可以準確定位高速公路，而有了高分七號，即使一條鄉間小路的位置也能明察秋毫。”李子風介紹。
睜開“天空之眼”
高分系列衛星是一個龐大而“基因優秀”的家族，每顆衛星都各有特色，各懷“絕技”，擔負著特定的對地觀測使命。
但對於遙感應用而言，衛星發射上天只是工程的一部分。畢竟，天上獲取的數據，只有拿回地面應用才有意義。高分專項立項時，就致力於天地協調同步發展。中國電科54所承擔了建設高分地面任務管控系統的任務。
“地面任務管控系統是進行任務優化決策和控制衛星的中樞神經系統，是連接衛星與應用的橋樑，是整個高分工程效能發揮的關鍵，它的運行質量決定了高分衛星能否準確高效地為用戶提供對地觀測服務。”中國電科54所高分專項地面任務管理團隊負責人馬萬權說，從這個角度說，它就是衛星的最強“大腦”，充當著用戶與衛星的“管家”。
據介紹，觀測任務優化決策的目的是最大限度地發揮衛星在軌運行效益，防止衛星運行效率低下甚至“空轉”不產生效益。“根據衛星的研製成本和在軌壽命，沒有任何數據產出和應用的‘空轉’，一天的損失可達百萬元。”
“衛星有效載荷的每個動作都是由地面任務管控系統編排和發出的。”馬萬權介紹，從用戶提出對地觀測需求開始，它就負責統籌各用戶的需求，將各類任務分解編排成衛星和地面系統可以執行的計劃，調度高分衛星和地面數據接收系統、地面數據處理系統履行自己的使命。同時，通過對傳輸下來的遙感數據進行分析，也可以動態地監視衛星的工作狀態及其有效載荷的健康狀態。
為發揮基礎設施共用、任務統籌決策的優勢，“一星一系統”即為每顆衛星獨立建設地面任務管控系統的方案從一開始就行不通。只有多星共用一套地面任務管控系統，才能最有效地發揮高分專項的作用。
然而，一體化建設的頂層方案，在設計上存在諸多的難題：每顆衛星都有自己的“絕活兒”，它們的軌道、搭載的載荷都有很大的差異，既要滿足當時擬發衛星的運行需求，還要以開放的眼光，適應未來航天地面任務建設的發展。
馬萬權說，基於高分衛星數量多、種類多、管理方式複雜的特點，地面任務管控系統採取了“平臺加插件”的一體化設計方案，避免了“一星一系統”的出現，並有效發揮了基礎設施共用共享和任務統籌決策的優勢，提高衛星應用的運轉效率。他表示，這一系統的建設，為遙感衛星的地面應用做了一個示範。
“高分地面任務管控系統主要有幾個創新特點：一是管控的衛星種類多，涉及陸地、氣象、海洋觀測衛星；二是管控衛星載荷的種類多，包括可見光、紅外、高光譜、微波、激光、大氣測量等儀器；三是衛星計劃編排快；四是用戶服務範圍廣，包括國土、農業、應急等行業及區域用戶等。”馬萬權表示，雖然每顆高分衛星各有特點，但一體化的設計有效地發揮了基礎設施共用共享和任務統籌決策的優勢。
應用漸入佳境
如今，在國土、林業、農業、海洋、環保、氣象、水利、減災、住建、交通、公安、衛生、統計、扶貧、旅遊、審計、安全生產、保險、高鐵、海關等等幾乎一切和國計民生相關的領域，都漸漸有了“天空之眼”的身影。
高分數據應用，已成為相關部門主體業務不可或缺的手段及各級政府治理結構和治理體系的重要支撐，很大程度上實現了對國外同類型衛星數據替代。
以高分七號為例，李子風描述了它未來的應用場景：獲取地形地貌、植被覆蓋、經濟發展等多要素信息，全面掌握自然、人文、經濟的空間分佈及時序演變情況，為國土空間規劃編制提供支撐；用於全國土地利用變更調查監測與核查，讓土地利用變化情況一覽無遺；用於檢查礦山開發等，及時制止盜採濫採、環境破壞等行為；為極地科學考察與冰蓋變化監測提供高精度數據支撐……
但在很多人看來，高分衛星是名副其實的“高科技”。在天上運轉的衛星跟普通百姓的生活有什麼關係？
“高分專項是一項創新工程、‘天眼’工程、應用工程和民生工程，更是軍民融合的典型應用，和百姓生活密切相關。”李子風說，網約車、叫外賣、查快遞……現代人的生活離不開手機中的導航定位功能和地圖應用，而導航定位功能不僅依靠北斗、GPS之類的導航衛星，還需要測繪衛星的支持。
“車輛和手機的位置精度由導航衛星保證，而地圖的精度則由測繪衛星實現。”李子風說，特別是去年發射的‘高分七號’衛星，就能夠大幅提升我國地圖的精度，以後大家出行就可以使用高分七號獲取的地圖和北斗的導航信號，讓我們的航天技術更精準地服務於人們的日常生活。
李子風表示，目前“高分專項”成果已覆蓋國民經濟各領域，應用前景非常廣闊，但在應用深度和廣度方面尚需進一步拓展，省高分中心致力於高分專項在我省的推廣應用，只有讓這些數據真正落地，才能發揮高分衛星數據的最大的效用。（河北日報記者王璐丹）
閱讀更多 河北新聞網 的文章
