新一代海洋水色衛星，“透視”藍色國土

文/王樂天

2023 年11 月16 日11 時55 分，在我國酒泉衛星發射中心，長征二號丙/遠征一號S 運載火箭托舉新一代海洋水色觀測衛星直沖云霄，隨后衛星順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。這意味著我國海洋水色系列衛星正式升級到第二代觀測體系。

這是世界首顆針對全球多種水體、采用多種探測手段的高精度海洋水色觀測衛星，可實現對全球大洋、近海、近岸及島嶼、港口的水色、水溫、海冰、懸浮物質、水生態環境等要素的大范圍連續動態監測，為我國主要航道、海上熱點地區、重要港口等提供及時的遙感信息服務。

▲ 我國新一代海洋水色衛星發射升空 張久平 攝

▲ 新一代海洋水色衛星觀測我國附近海域示意圖

全面升級換代 組網能力提升

在我們的眼中，海洋主要是藍色的。然而，真正的水色可能包含了從藍色到綠色甚至紅色等更微妙的波長的混合。

海洋水色衛星可以捕捉到人眼無法分辨的水色差異?？茖W家可根據海洋水色衛星從太空中監測到的由海洋表面反射的陽光波長，做進一步的科學研究，這對于了解海洋、保護海洋有著重要意義。

目前，我國成功發射了多顆海洋衛星，涵蓋了海洋水色、海洋動力環境和海洋監視監測3 個系列。其中，海洋水色系列衛星是以可見光和紅外成像觀測為手段的海洋遙感衛星，主要用于海洋水色、水溫、海岸帶觀測。

與海洋一號C/D 兩星相比，此次全新升級的2.0 版本——新一代海洋水色觀測衛星的有效載荷在譜段優化配置與性能指標上均有大幅提高，極大提升了應用效能。

“發射新一代海洋水色觀測衛星，對于用戶來說，最直觀的感受就是數據量、光譜、分辨率以及數據精度都提高了?！毙l星總設計師介紹稱。

衛星研制人員透露，新一代海洋水色水溫掃描儀的空間分辨率整整提升了1 倍。除此之外，其譜段數量、偏振靈敏度抑制水平提高了近1 倍，雜光抑制水平則提高了近3 倍，綜合性能位居世界前列。

“本次新增的中分可編程成像光譜儀主要用于中國近海和近岸水體環境監測，具有可見和短波紅外探測譜段?！毙l星總設計師介紹，該衛星提供的數據產品將在大洋與海岸帶監測等方面發揮重大作用，提高我國海域水體監測能力、海洋遙感衛星觀測水平。

此外，新一代海洋水色觀測衛星將與在軌運行的海洋一號C/D 衛星相互配合。海洋一號C星采用上午降軌成像，D 星則采用下午升軌成像，兩星組成了我國首個海洋民用業務衛星星座，具備全球水色水溫探測覆蓋能力。新一代衛星的加入，則進一步提高了重訪能力。

新一代海洋水色觀測衛星有望為我國第40 次南極考察任務保駕護航。據公開資料顯示，國家衛星海洋應用中心對雪龍船的船載系統進行了軟硬件設備的升級改造，使雪龍船具備接收處理新一代海洋水色觀測衛星等衛星數據的能力，這將極大提升雪龍船在極地冰區的航行保障水平。

“看”得更清楚 功能更全面

從太空中“看?！?，最大的問題就是海洋太暗，而且還受到云層、海面陽光反射等因素干擾。新一代海洋水色觀測衛星配置了全新的探測儀器載荷——水色水溫掃描儀、中分辨率可編程成像光譜儀和海岸帶成像光譜儀，分辨率、在軌定標精度、信噪比等關鍵指標均大幅提升。

其中，分辨率反映了衛星對細節的觀測能力，決定了衛星觀測圖像的清晰程度。更高的定標精度，意味著衛星觀測更加精準。更高的信噪比，意味著衛星能夠更加可靠地傳輸觀測數據。

文獻[18]通過對換向流動反應器數學模型的無量綱分析及推導簡化，得到了用于指導反應器工業設計的無量綱數及反應器參數之間的關聯式，并進行了反應器的設計計算驗證。

該衛星首次采用了望遠鏡整體旋轉的掃描成像技術，借助可360 度旋轉掃描的水色水溫掃描儀，還能夠360度全景“看”地球、太陽、月亮乃至深空，利用這些觀測數據來更好標定對地成像的精準度，確保8 年在軌壽命期內穩定收獲成果。

與海洋一號C/D 衛星相比，新一代海洋水色觀測衛星的全球大洋水色水溫觀測空間分辨率由1100 米提高至500 米，海岸帶環境觀測空間分辨率由50 米提高至20 米，而且具備5 米空間分辨率的地物全色信息探測能力，還增加了100 米中等分辨率的海洋生態環境要素觀測能力。

由于海岸帶成像儀對雜散光的抑制能力好，觀測的景物亮暗動態范圍大，海洋水色、極地冰川等目標都被“看”得清清楚楚。水色水溫掃描儀5 秒就能“看”遍大半個中國，無論光線強弱，都能拍攝高清圖像。

成像譜段是衛星傳感器能捕獲到的光波范圍，通過研究每個譜段，可以獲得相應的獨特信息。與海洋一號C/D衛星相比，新一代海洋水色觀測衛星的成像譜段從16 個增加至46 個。這意味著，衛星能獲取更加全面豐富的水色數據，還可以獲得大氣、植被、污染物等數據。

▲ 新一代海洋水色衛星觀測大范圍海洋示意圖

▲ 新一代海洋水色衛星高精度觀測特定海域示意圖

據悉，新一代海洋水色觀測衛星的海岸帶成像儀有9 個譜段，用1 個全色譜段和8 個多光譜譜段同時守望祖國的藍色海疆，能夠將海岸帶區域的陸地和淺海目標“看”得一清二楚，海水的各種不同顏色和海溫，如赤潮、綠潮、懸浮泥沙等，盡收“眼”底。

基于載荷配置和高性能觀測能力，新一代海洋水色觀測衛星除了觀測海洋外，還將在國土、生態、氣象和交通等行業開展應用：國土行業可以開展海岸帶生態地質環境監測、土地變更調查與監測等；生態行業可以開展河口港灣水質監測、近海環境污染監測等；氣象行業可以開展湖泊藻類水華監測、全國地表高溫監測等；交通行業可以開展航道冰情監測、船舶溢油監測、船舶航行保障與救援等。

▲ 新一代海洋水色衛星能夠快速觀測大面積海域

▲ 新一代海洋水色衛星結構示意圖

“主線”并跑 “副本”超越

新一代海洋水色觀測衛星01 星由五院航天東方紅衛星有限公司抓總研制。成功的背后，歷經了2 年的先期關鍵技術攻關、5 年的項目研制，以及科研人員無數個日夜的堅守，攻克了多項技術難點。

“為了提高新一代海洋水色觀測衛星的在軌壽命，就需要保證轉動機構的高可靠性?！毙l星總設計師介紹，僅衛星載荷就有多套轉動機構，設計考慮因素較多。

以海洋水色水溫掃描儀為例，科研人員既要保證所有轉動機構在運行時不會相互干擾，還要考慮紅外成像的制冷問題。衛星研制團隊組織五院專家針對轉動部件和制冷機開展了生產過程專項復查，對相關單機的壽命試驗情況進行了專項檢查，并對相關加速試驗方案的拆解方案進行了多次評審。最終，研制團隊對歷次審查中專家提出的十六大項目共148 個問題和意見進行了詳細書面答復，完成問題閉環。

對質量問題“抽絲剝繭”，是我國科研人員延續的習慣，也是新衛星實現超越的基礎。在創建之初，航天東方紅衛星公司就對小衛星提出了“好、快、省”的研制口號——指標要好，研制周期要快，成本要省。這份刻在航天人骨子里的質量意識，也為后續成功奠定了堅實基礎。

自1978 年美國發射第一顆海洋衛星開始，日本、加拿大、俄羅斯及歐共體（歐盟）都相繼發射了海洋衛星。

1986 年，我國組織開展海洋衛星研制、發射的論證工作。1997 年，海洋一號衛星被正式批準立項研制。2000 年11 月，中國政府發表首部《中國的航天》白皮書，明確指出要建立長期穩定運行的衛星對地觀測體系，而海洋衛星是其中的重要組成部分。2002 年5 月15 日，海洋一號衛星發射升空，實現了我國海洋衛星“零”的突破。單從發射時間來看，我國在海洋衛星領域的起步晚了24 年，時不我待。

“海洋一號衛星已經達到了國外第二代同類衛星的水平，而新一代海洋水色觀測衛星則與國際第三代同類衛星的水平相當?！毙l星總設計師表示，“雖然起步晚，但我們已經實現了‘并跑’，甚至有些領域已經達到了領先水平?！?/p>

在科研人員眼中，“新一代”只是更高的起點。衛星總設計師表示：“我們還會不斷突破，努力讓我國海洋水色衛星逐步由‘并跑’走向‘領跑’，為我國航天強國建設和海洋強國建設提供有力支撐?！?/p>