我國“三極遙感星座觀測系統(tǒng)”首顆試驗衛(wèi)星——冰路衛(wèi)星（又名“京師一號”）近日已在深圳包裝入箱，預計今年9月發(fā)射升空。通過每天對極地區(qū)域的全覆蓋觀測，數(shù)據(jù)將服務于全球氣候與環(huán)境變化研究和北極航道開發(fā)。

發(fā)展極地專用遙感衛(wèi)星意義何在？微小衛(wèi)星有何優(yōu)劣性？冰路衛(wèi)星有什么樣的規(guī)劃路徑？記者就此專訪了冰路衛(wèi)星首席科學家程曉。

我國極地研究高度依賴歐美衛(wèi)星數(shù)據(jù)

2014年1月，我國“雪龍”號和俄羅斯“紹卡利斯基”號破冰船被困南極冰海。程曉當時所在的北京師范大學極地遙感團隊提出的脫困方案被采納，并被證明是有效方案。

“可最終支持我們及時拿出方案的是美國衛(wèi)星數(shù)據(jù)。”在程曉看來，“這也凸顯了我國現(xiàn)有衛(wèi)星體系在極地觀測能力上的嚴重不足。”

南北極是全球變化的指示器與放大器。但由于太陽高度角低、冰雪反照率高，兩極也是衛(wèi)星遙感觀測的難點。

放眼全球，美國、歐洲和加拿大的極地衛(wèi)星已實現(xiàn)了對極地的大范圍連續(xù)觀測，基本實現(xiàn)了千米級分辨率的每日重復（如美國MODIS衛(wèi)星）和10米級分辨率的每旬重復。此外，歐洲和美國還分別發(fā)展了測高衛(wèi)星，能實現(xiàn)對極地冰層的厘米級精度的高程變化測量，對理解極地冰川和海冰變化具有重要意義。

值得一提的是，上述極地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對科學界和公眾開放，已成為國際極地遙感領(lǐng)域的主導性衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。

預計打造由24顆小衛(wèi)星組成的星座網(wǎng)

但程曉說，雖然上述衛(wèi)星實現(xiàn)了大范圍連續(xù)觀測，但無法捕捉到極地冰—海—氣間強烈且快速的相互作用過程。而這是極地研究的核心和前沿領(lǐng)域。

為提高對極地連續(xù)遙感觀測能力，國際上目前有兩種解決方案：一種是發(fā)展極地同步衛(wèi)星，但這種衛(wèi)星造價極高且需要大推力火箭將衛(wèi)星推至3萬公里以上太空；另一種是美國“鴿群”衛(wèi)星思路，建立低成本的微小型遙感衛(wèi)星星座。單星重量僅為一些傳統(tǒng)大型衛(wèi)星的千分之一，成本僅為幾十甚至幾百分之一，但能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)的快速技術(shù)更新。

冰路衛(wèi)星采用了“鴿群”發(fā)展模式，在載荷配置上有獨特設(shè)計——超寬幅中分辨率相機、高分辨率相機和AIS接收機。其中寬幅相機分辨率設(shè)定為80米，幅寬達800公里，將是國際通用的千米級和十米級分辨率極地衛(wèi)星數(shù)據(jù)的重要補充，單星能夠?qū)崿F(xiàn)5天內(nèi)對兩極地區(qū)全覆蓋，有望提升對冰山漂移、冰架崩解等現(xiàn)象的監(jiān)測能力，組成星座后則能實現(xiàn)對上述快速變化過程的小時級觀測。此外，該星還集成了星載AIS接收機，可為極區(qū)船舶規(guī)劃航行線路，做出航道風險評估，支撐北極航道開發(fā)。

“冰路衛(wèi)星是一顆‘探路’星，通過它將組建星座打下基礎(chǔ)。”程曉說，按照規(guī)劃，星座由24顆小衛(wèi)星組成，一定程度上可實現(xiàn)全天時觀測。此外還規(guī)劃了高軌極地SAR衛(wèi)星和迷你SAR衛(wèi)星星座，希望2030年前完成最終部署。

有望在今年南極科考中初試身手

近年來，國內(nèi)不少高校紛紛“放衛(wèi)星”。

“總體來說，國際上小衛(wèi)星技術(shù)剛起步，但比照美國、丹麥和日本，我國尚有較大差距。”在程曉看來，我國高校從事微小衛(wèi)星研究不是太多了，而是太少了。但他同時強調(diào)，不能為了放衛(wèi)星而“放衛(wèi)星”，比如發(fā)展極地遙感小衛(wèi)星，最終目的是獲取盡可能多的極地遙感觀測數(shù)據(jù)支持科學研究。

此前，程曉和團隊已通過國際合作，在北極地區(qū)部署地面接收站以接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。下一步還計劃在南半球高緯地區(qū)建設(shè)衛(wèi)星地面接收站，進一步縮短衛(wèi)星在南極觀測數(shù)據(jù)的下傳時延。

為提升衛(wèi)星數(shù)據(jù)的定量化水平，北京師范大學今年下半年將派出冰路衛(wèi)星副總設(shè)計師劉旭穎博士隨雙“龍”（“雪龍”號、“雪龍”2號）赴南極執(zhí)行無人機遙感和地面同步調(diào)查任務，開展星—機—地同步遙感實驗。這意味著，冰路衛(wèi)星有望在今年南極考察中初試身手，與雙“龍”共探極地。（科技日報北京8月18日電）