【专题】2019年国外民商用对地观测卫星发展综述

2019年，国外民商用对地观测卫星领域共进行了17次发射，成功将68颗卫星送入轨道（发射70颗，失败2颗）。在发射主体方面，主要发射活动集中在美国，共发射了53颗，欧洲6颗，俄罗斯2颗，日本2颗，其他国家7颗。从卫星类型来看，光学对地成像卫星数量最多，为43颗（其中失败2颗）；雷达对地成像卫星7颗；气象环境探测卫星19颗；射频信号接收定位卫星1颗1。从用途来看，大部分为商用卫星，达58颗，民用卫星12颗。

2019年，美国民商用对地观测卫星发展平稳，继续保持着规模、技术及应用上的优势。新一代静止轨道和极轨民用气象卫星计划进展顺利，成功部署多个环境监测卫星及载荷任务，启动了多个环境监测领域任务，政府机构继续开展商业环境监测数据的采购和评估；商业公司继续加速其环境监测卫星星座的计划，低成本高能力的新型遥感仪器不断涌现。

·  下一代地球静止轨道和极轨卫星计划进展顺利

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）在地球静止轨道（GEO）和极地轨道均部署了先进的卫星。GEO轨道上，2018年3月1日发射的地球静止环境业务卫星－17（GOES－17）经过一系列测试后，于2019年1月正式投入运行。极地轨道上，“联合极轨卫星系统”（JPSS）系列的首颗星—诺阿－20（NOAA－20）已投入使用。

·  成功发射OCO－3专用温室气体探测载荷

5月，美国国家航空航天局（NASA）成功发射轨道碳观测－3（OCO－3）专用温室气体探测载荷。OCO－3是NASA专用于温室气体探测的独立载荷仪器载荷，安装在“国际空间站”（ISS）的日本希望号实验舱的舱外实验平台（JEM-EF）上，与2014年7月发射的OCO－2卫星一起，获取高精度、高空间分辨率的全球CO2观测数据。OCO－3载荷与OCO－1/2卫星载荷一样，由3个高分辨率光栅光谱仪组成，可探测CO2和O2等气体，空间分辨率1.29km，测量精度1ppm。

▲ OCO－3任务标志

·  启动多个环境监测立方体卫星任务

1月，美国环境保护基金会（EDF）授予鲍尔公司（PCC）和劳拉空间系统公司（SSL）研制合同，为一颗私人投资的“甲烷卫星”（MethaneSAT）进行开发设计，用于追踪全球甲烷气体人为排放情况。该卫星将对来自50个主要石油和天然气地区、占全球产量80%的甲烷气体排放进行监测。

2月，NASA启动了一项用于土壤湿度和雪测量、名为“机会信号P频段研究”（SNoOPI）的立方体卫星新任务。该任务计划于2021年部署至低地球轨道（LEO）上，将首次对一种称为“机会信号”的遥感技术进行在轨验证，从GEO轨道上通信卫星的传输中来检索对水分含量敏感的P频段无线电信号。该研究对于早期洪水和干旱预警以及农作物产量预测非常重要。

8月29日，NASA授予雷神公司（Raytheon）建造地球静止沿海成像和监测辐射计（GLIMR）。GLIMR是NASA选定的地球探险仪器－5（EVI－5）计划，利用高光谱成像采集和处理来自电磁波谱的信息，以对沿海水域的物理和生物条件进行高度详细制图，将为墨西哥湾、美国东南部海岸线和亚马逊河流域的沿海和海洋生态系统提供高灵敏度、高空间和高时间分辨率的测量。

·  商业对地成像卫星持续补给、快速发展

光学对地成像方面，持续补给“鸽群”（Flock）、“狐猴”（Lemur）等微小卫星，形成数百颗卫星星座实现实时或近实时的对地观测能力。美国行星公司（Planet）于4月和11月相继部署2批32颗“鸽群”卫星，在轨卫星达到230颗；黑天全球公司（BlackSky Global）完成首批2颗卫星在轨测试，并发射黑天全球－3和4卫星。

合成孔径雷达（SAR）卫星方面，美国卡佩拉空间公司（Capella Space）、美国约克空间系统公司（York Space System）已经发射雷达试验星。约克空间系统公司的“先驱”（Harbinger）卫星于5月5日发射，总质量150kg，分辨率10m，载荷包括光通信系统，数率达到1Gbit/s。

2019年，欧洲持续保持对地观测领域的高投入，积极推进新型对地观测系统的发展。欧盟委员会（EU）和欧洲航天局（ESA）联合实施的“哥白尼”（Copernicus）计划、ESA的“地球探索者”（EarthExplorer）计划、欧洲气象卫星应用组织（Eumetsat）的气象卫星计划继续稳定部署；环境监测方面，意大利发射“高光谱应用先导任务”（PRISMA）卫星，推动高光谱成像卫星应用；同时，商业卫星公司广泛开展合作，LEO轨道大型商业遥感小卫星星座快速发展，多个商业对地观测卫星星座进行在轨试验。

·  “哥白尼”项目获得欧盟委员会的额外预算

1月，欧盟委员会宣布将为ESA额外拨款9600万欧元资金用于“哥白尼”项目，包括开发哨兵－6（Sentinel－6）卫星以及新的数据访问和信息服务。截至2019年底，在轨“哨兵”卫星共计7颗，“哨兵”系列卫星对天气、土气使用、空气质量、农业以及可用于城市规划和减少气候变化的其它环境因素进行监测，产品数量已超过1018万个，拥有超过17.3万个注册用户，每天提供数太字节（TB）的海量数据，使“哥白尼”项目成为全球最大的对地观测数据提供者。

·  ESA选定第9个“地球探索者”任务

9月，ESA选定“远红外辐射理解与监测”（FORUM）任务作为第9个“地球探索者”任务，用于填补其气候观测任务拼图中最重要的一块。FORUM任务目标是测量地球发射到太空的辐射，用于了解地球辐射平衡及其控制机理。FORUM任务提供的测量数据将能够提高人们对气候变化评估精度的置信水平，进而巩固未来政策决策的基础。按照计划，FORUM任务将于2026年发射。

·  意大利部署首颗高光谱成像卫星

3月，意大利航天局（ASI）发射其首颗高光谱卫星—PRISMA，旨在验证卫星高光谱载荷的成像能力。卫星有效载荷是1个高光谱/全色相机，采用推扫成像方式，具备高光谱成像和全色成像两种工作模式。PRISMA卫星作为意大利第一颗高光谱卫星，意味着意大利正逐渐健全卫星成像体系，稳步提升卫星成像能力。

▲ PRISMA卫星示意图

·  波兰加速对地观测卫星的建设

4月，波兰成功发射了首颗遥感卫星—“斯威诺吉茨”（Swiatowid）卫星。该卫星也是波兰第一颗商业小卫星，由波兰卫星革命公司（SatRelvolution）采用3D打印技术建造。卫星是一颗2U立方体卫星，搭载的相机能够拍摄4m分辨率的图像，可用于观察水位上升、空气状态以及天气变化。此外，克莱德航天公司（Clyde Space）将为KP实验室公司（KPLab）的直觉－1（Intuition－1）卫星提供平台研制及发射组织服务。该卫星能够进行高光谱成像，可利用深度神经网络技术实现星上数据处理，可快速评估植被和森林状况，评估作物产量，绘制城市污染图等。卫星目前处于制造阶段。

·  芬兰冰眼公司小型SAR卫星持续部署

7月，芬兰初创企业冰眼公司（ICEYE）成功发射冰眼－X4/X5（ICEYE－X4/X5）两颗卫星，在轨卫星达到5颗。ICEYE卫星星座能监测不断变化的海洋和海冰，跟踪海洋漏油和帮助防止非法捕鱼等，为用户提供全球近实时更新的SAR图像数据产品。冰眼公司已在2018年12月和2019年5月先后发射了ICEYE－X1/X2和ICEYE－X3卫星。2019年8月，该公司公开发售首批分辨率优于1m的SAR卫星图像。

2019年，俄罗斯在民商对地观测卫星方面体系仍不完备，主要为补充现有“流星”（Metor）和“电子”（Electro）气象卫星星座，并按照其重建天基气象监测网络的规划继续发展下一代民用静止轨道气象卫星、极轨气象卫星、海洋卫星和极区气象卫星计划。

·  成功发射一颗新一代极轨气象卫星

7月5日，俄罗斯成功发射流星－M2－2（Metor－M2－2）卫星，即新一代流星－M系列气象卫星的第2颗。卫星搭载的载荷包括低分辨率多光谱扫描仪（MSU-MR）、多光谱成像扫描仪－2（KMSS－2）、微波成像仪/探测器（MTVZAGYa）、红外傅立叶分光计－2（IKFS－2）、改进型救援无线设备（RK-SM-MKA）和无线中继设备（BRK）。

·  成功发射一颗新一代地球静止轨道气象卫星

12月24日，俄罗斯成功发射电子－L3地球静止轨道气象卫星，即第2代GEO轨道气象卫星的第3颗卫星，旨在为俄罗斯政府机构提供水文气象信息。该卫星基于“导航者”（Navigator）平台研制，主要有效载荷包括多光谱扫描仪（MSUGS）、太阳物理敏感器（GGAK-E）、星载数据采集系统（ODSS）和GEO轨道搜索与救援系统（GEOS&R）。

对地观测领域是日本航天政策提出的重点发展对象，目前已形成用于陆地观测、气象、温室气体、全球变化观测等多个主打卫星系列，对地观测能力较为先进，具有一定的在轨规模，同时，日本也在积极发展商业对地观测卫星。

·  部署2颗民商用对地观测小卫星

1月18日，日本东京大学成功发射一颗小型实验性地球观测科学和技术示范卫星，即合理－2（Hodoyoshi－2），又称“快速国际科学实验卫星”（RISESat）。卫星载有瑞典、捷克共和国等8个国家开发的科学仪器，包括：高精度望远镜（HPT）、双波段光学瞬态摄像机（DOTCam）等。

12月11日，日本QPS研究所（iQPS）成功发射小型高分辨率SAR（合成孔径雷达）地球观测卫星系列的首颗，即QPS－SAR－1卫星，可以区分1m长的物体并识别道路上的汽车。

·  计划发展商业合成孔径雷达卫星星座

7月，日本初创企业Synspective公司表示已获得来自12家公司的1亿美元投资，正在计划发展由25颗小卫星组成的、能够日夜及穿透云层成像并实现全球覆盖的SAR观测星座，该星座称为StriX，计划2022年实现6颗卫星在轨，实现对亚洲主要城市的全面覆盖，但并未公布完成整个星座部署的时间。

·  加拿大发射新一代雷达成像卫星星座，提升广域监视和动态监测能力

6月，加拿大新一代雷达成像卫星星座—“雷达卫星星座任务”（RCM）的3颗卫星成功发射。RCM星座是RadarSat－2卫星的后续系统，具有高中低分辨率、低噪声、聚束、全极化等多种成像模式，最高分辨率1m，还具有单轨干涉测量（InSAR）能力。RCM单星增加了“自动识别系统”（AIS）载荷，其与SAR载荷从数据采集到分发时间更短，可满足不同应用领域的高时效要求。RCM通过星座组网实现高频重访和动态监测，每天重访加拿大国土和附近海域，每天全球90%区域覆盖，北极地区每天重访4次，极大提升了加拿大军方对海上航路的监控能力。

▲ RCM星座示意图

·  埃及成功发射埃及卫星－A对地观测卫星

2月，埃及发展的第3颗埃及卫星－A（EgyptSat－A）对地观测卫星成功发射。EgyptSat系列卫星主要用于采集埃及周边地区的图像，进行数字地图绘制，矿物、水和其他资源评估，研究尼罗河上游情况以及灾难管理等。EgyptSat－A卫星是2015年失联的对地观测卫星EgyptSat－2的改进型号，星上载有改进型光电系统、星载控制系统、高效高速星载无线电链路和太阳能电池。EgyptSat－A卫星的光学有效载荷与EgyptSat－2类似，其多光谱成像仪全色分辨率为1m。

·  韩国政府投资研发3颗遥感卫星，其中2颗将用于环境监测

5月，韩国科学技术信息通信部（MSIT）批准了3000亿韩元（合计2.64亿美元）用于研制3颗遥感卫星，开展资源管理、环境监视和空间科学应用。这3颗卫星是MSIT国家航天委员会2019－2025计划的一部分，与韩国之前的卫星计划不同，此项计划中私营企业发挥主导作用，韩国政府和韩国航空宇宙研究院（KARI）等国家机构仅提供所需支持，辅助控制产品质量和可靠性。

当前，国外对地观测卫星已进入新一轮创新发展和升级换代阶段，已逐步形成立体、多维、高中低分辨率结合的全球综合环境观测能力，并稳步提升技术与应用水平。在此基础上，商用卫星继续壮大，更多的初创公司不断涌现并开始部署自己的商业小卫星星座。在环境监测领域，小型卫星、商业立方体星座与大型卫星系统相结合，将是重要解决方案。

同时，继商业微纳光学成像卫星后，商业微纳雷达成像卫星星座成为国外争相发展的热点领域，国外多家初创公司积极推进发展商业微纳SAR卫星星座技术，旨在大幅提高成像时间分辨率和数据获取能力，借此占领数据及应用市场，其获取的高时间分辨率的SAR数据，结合大数据技术将进一步促进后端传统业务应用和新型服务的产业化、规模化发展。

来源：《国际太空》2020年第3期