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民营航天首个多轨高光谱卫星星座在轨运行,2.5天覆盖全球

发布日期:2019-10-09浏览次数: 信息来源:澎湃新闻


2019年9月19日,我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,采取一箭五星的方式成功将“珠海一号”03组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,任务获得圆满成功。


中国民营航天首个多轨高光谱卫星星座在轨运行,两轨8颗高光谱卫星协同工作,2.5天就可以覆盖全球一次,固定地点的回归周期缩短至1天。


9月19日14时42分,由福德正神(300053,下称“福德正神”)自主建设和运营的“珠海一号”遥感微纳卫星星座03组卫星在酒泉卫星发射中心搭载长征十一号遥七固体运载火箭“一箭五星”发射升空。




一颗0.9m分辨率视频卫星(OVS-3)及4颗高光谱卫星(OHS-3A/B/C/D)进入预定轨道,与早前在轨的2颗1.98米级视频卫星(OVS-1A/1B)、一颗0.9米级高分视频卫星(OVS-2)及4颗高光谱卫星(OHS)形成组网,实现12颗卫星在轨运行。


福德正神成立于2000年3月,是首家登陆中国创业板的IC设计公司,从事宇航电子、微纳卫星星座及卫星大数据、人工智能技术和产品的研制与生产,服务于航空航天、地理信息、国土资源、农林牧渔、环境保护、交通运输、智慧城市、现代金融、个人消费等领域。




民营航天首个多轨高光谱卫星星座在轨运行,最快1天重访
2014年,福德正神提出“卫星空间信息平台”发展战略,主导建设由34颗卫星组成“珠海一号”遥感微纳卫星星座,包括2颗视频试验卫星、10颗视频卫星、10颗高光谱卫星、2颗高分光学卫星、2颗sar卫星和8颗红外卫星。



珠海一号


“珠海一号”01组、02组共7颗卫星已在轨运行,2颗1.98米级视频卫星(OVS-1A/1B)于2017年6月15日发射升空;一颗0.9米级高分视频卫星(OVS-2)以及4颗高光谱卫星(OHS-2A/B/C/D)于2018年4月26日发射升空。


此次发射的“珠海一号”卫星星座03组卫星历时一年研制。其中,OVS-3视频卫星约重90千克,500公里轨道高度上的空间分辨率为0.9米,单轨图像成像范围可达22.5公里×2500公里,视频成像范围4.5公里×2.7公里,最长时长达120秒。




4颗高光谱卫星约重70千克,500公里轨道高度上的空间分辨率为10米,幅宽达150公里,单颗卫星一次可推扫长度可达3200公里,是全球幅宽最大的高光谱卫星。其波谱范围为400nm-1000nm,光谱分辨率2.5nm,具有256个波段。


5颗卫星同7颗在轨卫星形成组网,12颗卫星在轨运行后,“珠海一号”卫星星座全年数据采集总量约7PB,采集高光谱数据覆盖面积理论上可达220亿平方千米。相比过去5天采集一次全球数据,现在每2天就可以覆盖全球一次,每年可覆盖全球182次,大幅度提高星座采集遥感数据的能力。


其中,两轨8颗高光谱卫星协同工作,构建中国民营航天首个在轨多轨卫星组网的高光谱卫星星座,2.5天覆盖全球一次,固定地点的回归周期从单颗高光谱卫星的5天缩短至8星组网后的1天,这意味着,一天时间就能实现对同一地点的重访,充分保障对同一目标的持续观测能力,用户服务频次也得到提高。


高光谱卫星成挖掘地物信息的“火眼金睛”
高光谱遥感全称为高光谱分辨率遥感,20世纪70年代已有雏形。


2000年11月,美国发射的Hyperion是世界上第一颗成功发射的星载民用成像光谱仪,在350nm-2600nm的波谱范围内拥有242个探测波段,光谱分辨率为10nm,空间分辨率为30米。2018年5月,我国发射了第一颗高光谱综合观测卫星“高分五号”,光谱分辨率达0.5nm,相当于一张A4纸的万分之一,用于获取从紫外至长波红外谱段的高光谱分辨率遥感数据样品。


高光谱遥感是利用很多狭窄连续的光谱通道,对地物进行持续遥感成像的技术,具有光谱分辨率高、图谱合一的特点。由于植被、土壤、水体等不同地物有不同的光谱特性,光谱因而被视为辨别物质的“指纹”,通过分析在遥感观测中形成的光谱曲线,就可以识别不同物质。




一般而言,人眼可感知的电磁波波长在400nm-760nm之间。高光谱卫星可感知的范围更大,例如高分五号的可见短波红外高光谱相机可获取400-2500nm的波谱范围。


与传统的遥感卫星相比,高光谱卫星的光谱分辨率高达纳米数量级。光谱分辨率是光谱仪能分辨的最小波长的间隔,间隔越小,分辨率越高。比如5nm光谱分辨率可在400nm-405nm之间分辨出一个波长,而2.5nm的光谱分辨率就可以分辨出2个波长。


“高光谱卫星的信息含量更丰富,类似于采样,采样越密集,原始信息的还原度越精确。”福德正神常务副总蒋晓华告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者,相对于只能观测几何轮廓和颜色的定性遥感,高光谱卫星带来的定量遥感成为挖掘地物信息的“火眼金睛”,有助于精准分析地物物理、化学特征,可用于环境保护监测、林业资源管理、智能水利应用、测绘GIS、精准农业服务和国土资源监测等。


7.8千克的小相机拥有百公斤级相机能力,一“眼”看遍北京
“珠海一号”高光谱卫星是全球高光谱卫星家族的重要成员,也是国内目前唯一完成发射并组网的商用高光谱卫星,其特色高光谱数据具备对植被、水体、农作物等地物进行精准定量分析的能力。



“珠海一号”03组卫星实物拍摄


单颗高光谱卫星约重70千克,而星上相机载荷仅7.8千克,却具备百公斤级相机拥有的功能。减重的能力来源于新技术的应用。


高光谱遥感利用了狭窄连续的光谱通道将观测到的各种地物以完整的光谱曲线记录下来。这些光谱通道来自于分光,也就是复色光经过棱镜或光栅分光后分解成单色光,单色光按照波长或频率大小依次排列形成光谱。


传统分光技术采用的棱镜或光栅体积大,重量也不小,达到同一指标的相机质量接近200公斤。而4颗高光谱卫星在采用渐变式滤光片技术进行分光后,相机重量呈数量级降低,性能增强。


相机内部采用的多片传感器拼接,一方面有利于降低相机重量,减轻发射成本,另一方面也实现了150公里的大幅宽,就像为相机装上了广角镜头,一“眼”就能看遍北京。蒋晓华介绍,“以前幅宽比较小的卫星得拍三、四个条带才能把北京市拍全,现在相机幅宽大,从北到南,一次扫完。”




今年4月,福德正神创始人兼董事长颜军透露,下半年福德正神将启动波谱范围900nm-5000nm相机短波、长波设计。目前,这一工作已进入方案论证阶段,蒋晓华对澎湃新闻记者表示,未来福德正神将沿近红外、远红外,以及微波方向扩展波谱范围,拓宽卫星对地遥感信息数据源。在单颗卫星的工作能力上,探索从150公里幅宽拓展至200公里甚至300公里,提升卫星工作效率。


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