海洋二號衛星研制現場
發射場工作
蒼茫太空之中,一顆由我國自主研發制造的遙感衛星如同閃亮的眼睛,24小時不停歇地注視著地球,俯瞰著同樣蒼茫的海洋,監測獲取著與我國海洋息息相關的海量信息。這個不知疲倦、兢兢業業的監測者就是海洋二號衛星,也是我國第一顆獲取海洋動力環境信息的衛星。
海洋二號衛星是我國“十一五”民用航天科研專項計劃的重點項目,是我國第一顆獲取海洋動力環境信息的專用對地遙感衛星,具備全天候、全天時、全球連續探測風、浪、流、潮及溫度等海洋動力環境信息的能力,設計在軌壽命三年。2011年8月16日,衛星成功發射升空;2012年3月2日,交付給用戶國家海洋局,正式投入使用;五年來,衛星在軌運行穩定,取得了良好的應用成果,綜合指標達到國際領先水平,在國內外海洋動力環境信息獲取方面發揮了重要的作用,獲得了各界用戶的一致好評。目前,海洋二號衛星在軌迎來了5周歲生日,同時,也迎來了高分三號這個新的微波伙伴,兩星將攜手工作在晨昏軌道上,為我國海洋強國的事業譜寫新篇章。
創新篇:打造海洋觀測“千里眼”
海洋二號衛星是由中國航天科技集團公司五院總體部(以下簡稱總體部)抓總研制的我國首顆海洋動力環境探測衛星。研制過程中,總體部在國防科工局、集團公司和五院領導下,始終堅持強化自主創新,著力推動衛星關鍵部件自主化,努力提升工程研制信息化,突破了高精度有效載荷、精密測定軌等關鍵技術,并在多個技術領域填補了國內空白并達到國際先進水平,不僅使海洋二號成為國內第一顆獲取海洋動力環境數據的衛星,我國第一顆高精度航天器,國內第一顆定量觀測的微波遙感衛星,而且第一次搭載進行了星地激光通信試驗,第一次開展了微波遙感器的海上輻射校正和真實性檢驗;同時,通過自主創新,實現了我國衛星遙感能力水平的五大提升:一是觀測精度達到國際先進水平,二是衛星測定軌精度達到國際先進水平,三是使我國在星地激光高速數據傳輸方面達到國際領先,四是提升我國衛星關鍵核心部件自主研發能力的發展,五是有效促進了我國衛星研制生產信息化水平的提升。
開創我國衛星遙感新領域
海洋二號衛星裝載了由五院研制的微波散射計、微波輻射計和由中科院空間中心研制的雷達高度計、校正輻射計等多種主、被動新型微波遙感載荷,是目前國際上唯一一顆可全天候、全天時同步獲取全球海面高度、有效波高、海面風場、海面風速、海面溫度、大氣水氣含量、云中液水含量等多種遙感數據的衛星,其綜合觀測能力和性能指標達到了國際先進水平。
衛星每天可觀測全球近90%區域海面風場,捕捉全球海上風暴,并確定強度、位置和結構,是目前世界在軌運行的重要海洋微波遙感綜合觀測衛星,其觀測數據能夠有效彌補國際上同類微波遙感衛星數據的不足,不僅開創了我國衛星遙感新領域,而且在全球對地觀測體系中發揮著不可替代的重要作用。
首次實現國產衛星高精度測定軌
海洋二號衛星是我國首顆有精密定軌要求的衛星。由于衛星有重力場、大地水準面測量等任務需求,需要準確獲取衛星軌道參數以滿足高精度雷達高度計測量,這對衛星及數據處理提出了更多的要求。為此,海洋二號通過五院自主研制的星載雙頻GPS高精度的定軌系統,結合地面先進的測定軌方法和技術,實現了我國測定軌技術由米級到厘米級的跨越,衛星測定軌精度達到了國際先進水平。
首次星地雙向激光通信
海洋二號衛星成功完成了與地面激光通信終端之間星地激光通信試驗,這是國際上首次成功的低軌衛星與地面站之間“星地、地星雙向激光通信”?;诖?,海洋二號衛星可獲得我國衛星光通信系統在軌空間運行狀態參數,以及光在大氣中遠距離傳輸分布的數據采集分析;空間背景光噪聲測試數據采集和存儲分析;光束到達角起伏漂移測試數據采集存儲分析等。
對此,海洋二號衛星總設計師張慶君介紹說,星地雙向激光通信試驗不僅解決了衛星高速數據傳輸的技術瓶頸,而且是我國衛星高速動態實時激光通信技術發展的里程碑。
實現大擾動下高精度姿態控制
海洋二號衛星配置了兩個旋轉載荷,其旋轉部分占整星重量的10%,通過對星上各撓性部件的頻率控制、旋轉載荷轉動穩定性及靜動平衡的控制,并采用全新的整星動量管理技術,在軌實現了旋轉載荷不間斷工作情況下的高精度姿態控制,是目前國內姿態穩定度最高的衛星,確保了各綜合觀測的微波遙感載荷及激光通信能在軌正常工作,為各載荷的測量精度、精密定軌及星地激光通信試驗的成功進行奠定了基礎。
平臺產品全部自主研制
海洋二號衛星實現了平臺產品全部自主研制,特別是五院自主研制的新一代星敏感器、三浮陀螺、雙頻GPS接收機和X波段行波管放大器等關鍵設備首次在星上應用,運行穩定,各項技術達到或優于國外同類產品,不但打破了我國平臺產品長期受制于人的局面,為后續衛星設計提供了備選產品,而且有力地促進了產品創新和研制能力提升。
首次全面采用航天器數字集成技術
海洋二號衛星在研制過程中,著力推進衛星平臺標準化、通用化設計工作。首次全面采用航天器數字集成設計系統,搭建了衛星數字化總體設計應用平臺,實現了衛星設計、生產、試驗協同工作,大大縮短了研制生產周期,有效促進了我國衛星研制生產信息化水平的提升。
此外,海洋二號衛星首次突破了大型非對稱高精度動靜平衡控制技術;在整星電磁兼容的設計、控制和試驗技術上取得了重大突破,是目前國內天線最多的衛星……一個個技術突破,一項項自主創新,作為世界上第一顆集散射計、輻射計、高度計等微波主、被動觀測載荷于一體的衛星,海洋二號衛星以一系列“第一”,攻克種種超前甚至是世界級航天難題,闖出了一條開拓創新的海天之路,成為名副其實的海洋環境監測和資源開發應用的“千里眼”“多面手”和“導航燈”,是近30年來我國海洋遙感和衛星遙感發展歷史的又一座里程碑。
實戰篇:海洋應用創佳績
2016年8月16日,海洋二號衛星在軌運行滿五周年。五年來,衛星在軌運行穩定,數據產品精度高,應用效果顯著,已逐步在海洋防災減災、海洋環境預報、海洋資源開發、海洋軍事保障、海洋科學研究及國際合作等領域發揮了重要的作用,顯示出極大的社會、經濟和軍事效益。
此外,交付以來,海洋二號衛星與已在軌運行的海洋一號衛星相互配合,分別以微波、光學兩種觀測手段,將海洋動力環境監測與海洋資源探測相結合,構成空間立體監測系統,進一步完善我國海洋立體監測體系,大幅提升我國對地觀測衛星的調查和監測能力,同時也極大地提高了我國海洋立體監測能力,標志著我國海洋系列衛星體系初步形成。
讓海洋災害減到最小
我國地處太平洋西岸,風暴潮、巨浪等海洋災害十分嚴重,造成的經濟損失為數十億元,嚴重年份高達上百億元。而海洋二號衛星可以經濟、方便地對大面積海域實現實時、同步、連續的風和浪的監測,提高海洋環境與災害監測的預報和預警能力。
臺風是世界上最嚴重的自然災害之一,能夠使沿海設施和百姓的生命財產受到極大的損害,而我國東南沿海是臺風的重災區和多發區。海洋二號衛星可以同時獲取海面風場、海面溫度、海面高度等海洋動力環境參數,其中海面風場觀測具有大尺度、全天時、全球觀測的特點,一天可以覆蓋全球90%以上的海域面積。此外,通過星上的微波散射計和雷達高度計,能夠及時監測到臺度、位置、方向、結構和移動路徑、速度等要素,提高對臺風風場和路徑監測的準確性,大幅提高臺風引起的風暴潮和海浪災害的監測和預報水平,是應對臺風災害直接有效的監測手段,數據產品已經在海洋預報單位和防災管理部門投入了業務化應用。
從2011年10月1日全部載荷開始工作起,海洋二號衛星已經陸續觀測到幾年來登陸西北太平洋的全部臺風,取得了第一手的實況資料和信息,為應對和防范臺風等災害發揮了重要作用。其中,2012年汛期監測到全部25次影響我國的臺風,2013年汛期測到全部31次影響我國的臺風。此外,因其具有全球觀測能力,海洋二號衛星也為國際上幾次重大災害提供了有力的數據支持。
在積極應對臺風災害的同時,海洋二號衛星在海嘯監測中也發揮了重要作用,為海嘯監測預警提供了有力的數據支持。以印度尼西亞地震前后全球海域有效波高監測為例,2012年4月11日16時38分,印尼蘇門答臘北部附近海域發生里氏8.5級地震。地震發生后,海洋二號衛星迅速利用數據對地震前后全球海域有效波高分布進行了監測分析和對比,表明地震前后全球范圍內,特別是最有可能引發海嘯的印度洋海域有效波高變化不超過1米,為最終海嘯預警取消立下汗馬功勞。
海洋環境的預報員
海洋二號衛星可以通過全天候、全天時對全球海域進行連續觀測,獲取海表溫度、海面風場、海面高度和有效波高等數據,向各級海洋預報部門進行了實時分發,用作海洋預報部門的數值預報初始場資料。
據初步統計,通過海洋二號衛星數據的應用,已有效提高預報精度近10%。自2011年11月17日開始,衛星西北太平洋海域逐日海面溫度產品納入海洋環境預報系統,每周通過中央電視臺新聞頻道對外發布。此外,還為國家海洋環境預報中心每日提供當天過境的衛星海面風場、有效波高的數據及專題圖用于臺風風暴潮預報。
為海洋資源開發保駕護航
我國是一個海洋大國,海洋在我國社會經濟和國防建設中的戰略地位極為重要,海岸帶的承載力和資源的可持續發展問題變得越來越突出。到目前為止,我國數十個近海漁場,由于過度捕撈衰竭現象十分嚴重。
海洋二號衛星可提供全球范圍的海面溫度、海面風場、海面高度、海流、中尺度渦等海洋動力環境信息,對漁場資源潛力作出科學估算,進行大洋漁場的環境監測,判別大洋漁場的分布和季節性變化,為制定漁業政策提供依據。同時,利用衛星數據制作的全球重點漁場環境、漁情信息、漁場概率預報等產品,可以為大洋漁業提供漁場環境預報和漁情信息保障,解決了我國遠洋漁業生產中漁場環境與漁情不明的“瓶頸”問題,提高了我國遠洋漁業的綜合效益,促進了我國遠洋漁業可持續發展。
助力海洋環境業務化監測
海洋二號衛星高度計空間覆蓋率高、覆蓋面積大,用來分析大尺度海平面變化具有獨特的優勢。其獲取的全球和中國近海高精度、大面積和高分辨率的潮汐變化信息,為潮汐預報、海平面監測業務工作提供基礎數據支撐,彌補了驗潮站空間覆蓋率低的缺陷,對擴大潮汐預報范圍、改善海上潮汐預報精度、提高防災減災保障能力有重要意義。
高度計產品在大洋環流的監測中起著十分重要的作用,海洋二號衛星高度計產品已經在法國空間署的多任務業務產品中得到應用。
在海洋軍事保障中發揮重要作用
海洋二號衛星獲取的海洋動力環境數據具有極高的軍事應用價值,為海上軍事環境保障和軍事海洋學研究提供了重要的海洋動力環境信息。衛星的產品數據在亞丁灣護航、東海軍演、黃巖島巡航、釣魚島巡航等多次軍事活動和海洋維權行動中發揮作用,為任務的圓滿完成作出了重要貢獻。
為南極科考提供重要支撐
南極科考途中,工作人員需要穿越西風帶。這個區域常年盛行西風,氣旋一個接著一個,以往主要依靠衛星云圖提供相關信息,從某種程度上說,科考船穿越西風帶多靠運氣。而海洋二號衛星獲得的數據產品可以覆蓋南北緯82°以內的全部區域,海面風場產品可覆蓋至南北緯88°,其提供的西風帶的大風速和浪高信息,可以為科考航行提供支持,在極地航線保障方面發揮了重要作用。
國際交流與合作應用廣泛
海洋二號衛星是目前世界上最主要的一顆在軌運行的綜合性海洋動力環境衛星,備受相關國家和國際組織關注。
目前,衛星中心已與法國空間中心建立了數據交換鏈路,并與澳大利亞氣象局開展了合作。2012年8月,國家海洋局與歐洲氣象衛星應用組織簽訂了關于海洋衛星數據應用與交換合作的諒解備忘錄,在此基礎上,雙方在數據共享、數據處理、定標檢驗等方面展開合作。目前已開展了數據交換工作,中方提供了海洋二號衛星的微波散射計和雷達高度計數據。
此外,海洋二號衛星高度計產品已應用于法國空間署的業務高度計多任務系統AVISO中,散射計產品已被歐洲氣象衛星應用組織用于中期數值同化預報業務中,也在美國的NOAA臺風桑迪監測中發揮了重要作用。
海洋二號衛星資料產品已在這些國際海洋業務應用系統中業務化運行,經過評價,其產品質量達到了國際同類的先進水平,在業務化應用中發揮了重要作用。
數載心血結碩果,撥云瞰海衛海疆。海洋二號衛星在中國航天科技集團公司五院總體部研制人員精心呵護下,在軌運行五年,成功完成了海洋環境監測和開發應用的光榮使命,為祖國和人民遞交了一份滿意的答卷。