2017年国外民商用对地观测卫星发展综述

('2017年国外民商用对地观测卫星发展综述龚燃【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】8页(P43-50)【作者】龚燃【作者单位】北京空间科技信息研究所【正文语种】中文2017年，民商用对地观测卫星领域保持较快发展，在系统规模与能力稳步提升的基础上，应用水平显著提高，新一代民商用对地观测卫星正处于转型发展、技术创新的新阶段。1概述2017年，国外民商用对地观测卫星领域共进行了12次发射，成功将196颗卫星送入轨道（195颗由火箭直接发射入轨，1颗随飞船再入释放），目前在轨运行423颗。整体来看，虽然2017年民商用对地观测卫星发射次数较2016年有所减少，但发射数量有大幅增加，这主要归因于多家新兴商业遥感公司大规模集中部署的微纳卫星数量的增多。在发射主体方面，主要发射活动集中在美国，共发射了182颗，俄罗斯、印度、日本各发射了3颗，欧洲发射了2颗，阿根廷、以色列、委内瑞拉各发射了1颗。从卫星类型来看，光学对地成像卫星数量最多，为159颗；环境探测卫星共37颗，其中气象环境探测卫星33颗，其他环境探测卫星4颗；雷达对地成像卫星和海洋环境探测卫星均未发射。从用途来看，大部分为商用卫星，达183颗，民用卫星13颗。截至2017年底，国外共有423颗民商用对地观测卫星在轨运行，美国292颗，欧洲41颗，俄罗斯11颗，日本16颗，印度21颗，其他国家42颗。美国仍是拥有民商用对地观测卫星数量最多的国家，并且在数量和能力上占有绝对优势。2017年国外民商用对地观测卫星成功发射数量（按类型统计）截至2017年底国外民商用对地观测卫星在轨数量（按国家统计）截至2017年底国外民商用对地观测卫星在轨数量（按类型统计）2各国民商用对地观测卫星现状及发展态势美国2017年，美国共进行了6次民商用对地观测卫星发射任务，成功发射了182颗卫星。按用途划分，民用卫星2颗，商用卫星180颗，商业对地观测卫星发射数量比前几年进一步激增，占比达到98.9%。截至2017年底，美国共计有292颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星221颗，气象环境探测卫星54颗，其他环境探测卫星17颗。按用途划分，民用对地观测卫星30颗，商用对地观测卫星262颗。2017年可以称为美国对地观测领域的商业大年，商业对地观测领域迅猛发展，市场出现“同类”并购热潮，完成了业务布局、产品布局和市场布局的整合与优化，数字地球公司（DigitalGlobe）、行星公司（Planet）等大规模部署的商业小卫星星座，几乎垄断了传统和新兴对地观测市场。其他新兴对地观测公司一方面继续寻找细分领域以获取市场进入机会，一方面转向对地观测数据处理与分析等业务。商业对地观测卫星数据和图像持续升温，新型对地观测卫星数据融合、分发和销售等业务正在不断涌现。（1）新一代极轨气象卫星首星成功发射，后续卫星项目按计划进行2017年11月18日，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）新一代极轨气象卫星的首颗卫星—联合极轨卫星系统-1（JPSS-1）成功发射。JPSS系列共包括4颗卫星，分别为JPSS-1、JPSS-2（JPSS-1改进型），以及自由飞行者-1和2（FreeFlier-1和2），该系列卫星将成为未来20年NOAA业务环境预报系统的基础，为美国数值天气预报模型提供全球观测数据。JPSS-1卫星搭载了一套目前最先进的有效载荷，包括先进技术微波探测器（ATMS）、可见红外成像辐射计套件（VIIRS）、穿轨红外探测器（CrIS）、臭氧制图与垂直分布组件（OMPS），以及云和地球辐射能量系统（CERES）。JPSS-1卫星示意图2017年，由轨道-ATK公司负责建造的第二颗新一代极轨气象卫星—JPSS-2，也取得了重大进展，顺利通过关键设计评审（CDR）。同时，继首颗新一代地球静止轨道气象卫星—地球静止业务环境卫星-R（GOES-R）于2016年11月19日成功发射之后，后续的第2颗和第3颗卫星—GOES-S和GOES-T的研制工作进展顺利，分别计划于2018年和2020年发射。（2）地球科学卫星更新换代渐入尾声，后续计划获实质进展2017年，美国国家航空航天局（NASA）上一代多颗地球科学卫星结束使命，即“地球观测系统”（EOS）计划下的地球观测-1（EO-1）卫星（2000年11月发射）和“重力和气候实验”（GRACE）双星星座（2002年3月发射），新一代地球科学卫星陆续进入业务化运行，天基对地观测精细化程度进一步提高。除继续实施后续计划外，NASA也在开展相关的概念研究工作。2017年，NASA未发射新的地球科学卫星，主要通过仪器搭载的方式增强其天基环境监测能力。2月19日，美国太空探索技术公司（SpaceX）的“龙”（Dragon）飞船将2台地球科学观测仪器送入“国际空间站”（ISS），分别为：平流层气溶胶和气体实验-3（SAGE-3），用于监测臭氧层的状况；闪电成像传感器（LIS），用于监测夏季海洋和北半球闪电事件，曾于1997年搭载在“热带降雨观测卫星”（TRMM）上发射。未来几年，NASA还将向“国际空间站”运送更多的地球科学观测仪器。此外，NASA多项地球科学卫星计划也获得实质进展。7月，NASA在其“探险者计划”（ExplorersProgram）下选定了9个关于太阳和空间环境研究的提案，以填补机构大型任务之间的数据缺口，其中8个提案聚焦于科学研究，1个用于遥感载荷技术研发。（3）商业对地观测微纳卫星大规模部署，对地观测小卫星呈井喷发展态势2017年，商业对地观测微纳卫星大规模部署，数量占比大幅提升，美国共发射了180颗商业对地观测微纳卫星，包括：行星公司的“鸽群”（Flock）和“天空卫星”（SkySat）光学成像卫星星座、斯派尔公司（Spire）的狐猴-2（Lemur-2）商业气象卫星星座、地理光学公司（GeoOptics）的“连续地球遥感观测一致性倡议”（CICERO）商业气象卫星、数字宇宙公司（AstroDigital）的“乌鸦座-广覆盖”（Corvus-BC）卫星。1）140颗Flock卫星分别于2017年2月、7月和10月分3批次发射，包括88颗Flock-3p、48颗Flock-2k和4颗Flock-3m，这些卫星仍采用3U立方体卫星设计，成像分辨率3～5m，截至2017年底共有超过190颗卫星在轨运行。2）6颗SkySat卫星于2017年10月发射，编号为SkySat-8～13，这6颗卫星将使行星公司的高分辨率成像能力翻倍，实现1天内对特定地点多次重访，向用户提供更多信息，辅助用户决策。3）28颗Lemur-2卫星分别于2017年2月、4月、6月和7月分4批次发射，这些卫星与之前一样，为3U立方体卫星，配备GPS无线电掩星测量有效载荷，同时配备船舶跟踪用的自动识别系统（AIS），每颗卫星质量约4kg。4）4颗CICERO卫星中，首颗CICERO-6卫星于2017年6月发射，CICERO-1～3卫星于2017年7月发射，由泰瓦克纳卫星系统公司（Tyvak）制造，整个系统将包括24颗以上的6U立方体卫星，单星质量约10kg，通过接收GPS和“伽利略”（Galileo）导航系统无线电掩星信号（GNSS-RO），提供全球大气压力、温度、湿度数据，一系列海航和冰层参数，以及电离层电子分部3D地图。5）2颗Corvus-BC卫星于2017年7月发射，是Corvus-BC卫星星座的前2颗卫星，采用6U立方体卫星设计，能在600km高度以22m的分辨率获取红、绿和近红外地球图像，每颗卫星质量10kg。Corvus星座拟由30颗卫星组网，包括10颗Corvus-BC立方体卫星和20颗“乌鸦座-高清”（Corvus-HD）卫星。（4）更多初创公司进军商业航天领域，提出更多新型的商业星座计划2017年3月，数字宇宙公司宣布已完成A轮1665万美元融资，用于建造其首个能够提供中分辨率图像的“陆地制图”（Landmapper）小卫星星座。该星座将包括10颗立方体小卫星和20颗较大型卫星，两批卫星将共同工作。其中，中分辨率卫星将对全球提供每日覆盖，然后识别出需要由高分辨率卫星进行成像的区域。2017年5月，卡佩拉公司（Capella）获得总额为1200万美元的A轮融资，用于建造合成孔径雷达（SAR）立方体卫星，这也是该公司的首颗立方体卫星。该公司计划在6个月内完成建造并发射这颗提供专用产品的技术验证卫星，并建立其首个天基卫星星座。该SAR卫星将提供能够每小时更新、分辨率为1m的卫星图像，卡佩拉公司计划于2019、2020和2021年每年发射12颗卫星。2017年9月，黑天全球公司（BlackSkyGlobal）宣布将建设和运营由60颗快速重访高分辨率对地观测卫星组成的星座。该星座最初对覆盖95%的地球人口区域可实现接近于90min的重访能力，星座建成后，将实现每小时重访。2017年11月，蓝色峡谷技术公司（BCT）获得NASA授予的立方体卫星星座研制合同，为其“降水结构和风暴强度高时间分辨率观测小卫星星座”（TROPICS）建造7颗相同的3U立方体卫星，对热带飓风环境内核条件进行观测，帮助了解热带风暴模式剧烈变化的原因。欧洲2017年，欧洲共进行2次民商用对地观测卫星发射，成功发射3颗卫星，均为民用卫星。截至2017年底，欧洲共计有41颗民商用对地观测卫星在轨工作，包括光学对地成像卫星13颗、雷达对地成像卫星8颗、气象环境探测卫星8颗、海洋环境探测卫星3颗、其他环境探测卫星9颗。按用途划分，民用卫星35颗，商用卫星6颗。2017年，欧洲在民商用对地观测领域的进展主要体现在环境探测方面，包括“哥白尼”（Copernicus）专用卫星按计划部署，以及气象卫星系统稳步研制。欧洲的下一代极轨气象卫星和地球静止轨道气象卫星也将经历更新换代，虽然进程较美国稍慢，但气象监测能力不逊于美国，甚至在某些方面优于美国。（1）“哥白尼”系统进展顺利，后续“哨兵”系列卫星陆续就位2017年，欧洲“哥白尼”系统按计划顺利实施，发射了哨兵-2B和5P（Sentinel-2B和5P）2颗专用卫星。Sentinel-2B于2017年3月7日发射，与2015年6月发射的Sentinel-2A完全相同，均为高分辨率多光谱成像卫星，用于全球高分辨率和高重访能力的陆地观测、生物物理变化制图、监测海岸和内陆水域，以及灾害制图等。Sentinel-2B采用天体平台-L（AstroBus-L）卫星平台，主有效载荷为多光谱成像仪（MSI），成像模式采用推扫式，含13个通道，工作谱段为可见光、近红外和短波红外，每10天更新1次全球陆地表面成像数据。光谱分辨率为15～180nm，空间分辨率为10m（可见光）、20m（近红外）和60m（短波红外），成像幅宽为290km，每轨最大成像时间为40min。Sentinel-5P于2017年10月16日发射，为“哥白尼”系统首颗专用于监测地球大气的卫星。卫星发射质量820kg，设计寿命为7年，搭载由欧洲航天局（ESA）和荷兰航天办公室（NetherlandsSpaceOffice）联合研制的最新型对流层监测仪（TROPOMI），该仪器通过跟踪二氧化氮、臭氧、甲醛、二氧化硫、甲烷和一氧化碳等气体的浓度来监测大气污染情况。Sentinel-5P可以弥补“环境卫星”（Envisat）退役和Sentinel-5载荷发射之前的数据空白，并对“气象业务”（MetOp）卫星的数据进行补充。哨兵-2B在轨飞行示意图（2）气象卫星处于稳步换代阶段，下一代卫星落实发射合同2017年4月，欧洲第一代静止轨道气象卫星中的最后一颗—静止轨道气象卫星-7（Meteosat-7）结束其使命，迄时，欧洲在轨运行的4颗地球静止轨道气象卫星均为“第二代气象卫星”（MSG），稳步过渡到MSG提供业务服务的阶段。欧洲“第三代气象卫星”（MTG）的研制合同已于2012年授予泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS），2017年处于按进度研制中。欧洲当前在轨运行的极轨气象卫星为2颗“气象业务”（MetOp）卫星，即MetOp-A和B，第三颗MetOp-C卫星将于2018年发射。2017年9月，欧洲气象卫星开发组织（Eumetsat）与阿里安航天公司（Arianespace）签署了“第二代气象业务卫星”（MetOp-SG）前2颗卫星的发射合同，将利用阿里安航天公司的“联盟”（Soyuz）运载火箭，分别于2021年和2023年发射。俄罗斯2017年，俄罗斯进行了3次民商用对地观测卫星发射，成功发射3颗卫星，均为光学对地成像小卫星。截至2017年底，俄罗斯共有11颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星8颗、气象环境探测卫星3颗。按用途划分，民用卫星10颗，商用卫星1颗。2017年，俄罗斯民商用对地观测卫星领域的主要进展体现在老人星-V-IK-1（Kanopus-V-IK-1）光学对地成像小卫星的顺利部署。尽管如此，流星-M2-1（Meteor-M2-1）极轨气象卫星的发射失败，将延缓其天基环境监测系统的构建。老人星-V-lK小型对地观测卫星Kanopus-V-IK小型对地观测卫星于2017年7月14日发射。该卫星原本作为Kanopus-V系列的第二颗卫星（第一颗卫星于2012年7月发射），后通过改装增设了红外观测能力。卫星运行在高510km、倾角97.4°的太阳同步轨道，发射质量473kg，设计寿命5年，全色分辨率2.1m，多光谱分辨率10.5m，红外分辨率200m。此次一同发射的还包括2颗MKA-N小卫星。MKA-N卫星为俄罗斯航天国家集团（ROSKOSMOS）的6U立方体卫星，由达斡利亚宇航公司（DauriaAerospace）制造，多光谱分辨率22m，每颗卫星质量约10kg。日本2017年，日本进行了3次民商用对地观测卫星发射，成功发射了3颗卫星，其中2017年1月新型超小型火箭搭载TRICOM-1对地观测纳卫星发射失败。截至2017年底，日本共有16颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星7颗、雷达对地成像卫星1颗、气象环境探测卫星4颗、其他环境探测卫星4颗。按用途划分，民用卫星13颗，商用卫星3颗。2017年，除了继续部署专用环境监测卫星外，还发射了2颗商业对地成像小卫星，成功打入了国内和国际市场，目前正在积极扩大国际市场。（1）日本天气新闻公司成功发射天气信息卫星-1R商业对地观测小卫星测试中的天气信息卫星-1R2017年7月14日，日本天气新闻公司（WeatherNewsInc.）的天气信息卫星-1R（WNISAT-1R）成功发射入轨。该卫星由日本连接空间公司（AXELSPACE）研制，为边长约50cm的立方体卫星，质量43kg，将对夏季的北极海和冬季的渤海湾等海域的海冰进行观测，观测结果将用于北极海航道船只的航行安全。2013年11月发射的WNISAT-1卫星运行不久就由于相机故障导致任务失败。WNISAT-1R吸取了上一代卫星的教训，携带了4台主相机和2台备份相机。4台主相机各自有独立的观测波长，分别为全色、绿、红和近红外，获取图片的像素为2048×2048，可见光和近红外的分辨率分别为200m和400m，观测幅宽分别为400km和800km。此外，WNISAT-1R卫星还安装了专门用于小卫星的新一代全球导航卫星系统-雷达（GNSS-R）载荷，确保在夜间和阴天的观测能力。（2）“全球变化观测任务”系统增加新成员，进一步提高其温室气体观测能力2017年12月23日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“全球气候变化观测任务-碳”（GCOM-C）的首颗卫星成功发射。该卫星又名“色彩”（Shikisai），搭载了“第二代全球成像仪”（SGLI），可观测可见光和红外谱段内的19种波长，用于测量海洋水色、土地利用与植被、冰雪覆盖、云、气溶胶和水汽等要素，获取全球气溶胶分布情况。GCOM卫星星座由3颗“地球环境变化监测任务-水”（GCOM-W1、W2、W3）和3颗GCOM-C卫星（GCOM-C1、C2、C3）组成，GCOM-W卫星主要进行地球水的观测；GCOM-C卫星主要进行地球二氧化碳的观测。印度2017年，印度进行了2次民商用对地观测卫星发射，共发射了3颗民用卫星。截至2017年底，印度共有21颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星11颗、雷达对地成像卫星2颗、气象环境探测卫星5颗[其中包括2颗“印度卫星”（Insat）气象与通信共用卫星]、海洋环境探测卫星2颗、其他环境探测卫星1颗。这21颗卫星均为民用卫星，且有12颗已经超期服役，后续卫星已经开始部署，2017年部署的2颗制图卫星-2（CartoSat-2）主要用于接替已超期服役的老旧卫星。（1）印度空间研究组织成功部署2颗CartoSat-2卫星2017年2月15日和6月23日，印度空间研究组织（ISRO）利用“极轨卫星运载火箭”（PSLV）分别成功发射了CartoSat-2D和2E。CartoSat-2D和2E与之前发射的CartoSat-2C性能一样，发射质量712kg，星上携带了全色和多光谱相机，全色分辨率提高到0.6m，4通道多光谱分辨率2m。CartoSat-2D和2E将直接由印度国防部负责运行，显著增强了军事侦察和民用应用，可为印度军事和政府用户提供快速任务指派和重访能力。（2）印度高校与研究院所积极发展对地观测纳卫星测试中的CartoSat-2D卫星印度纳鲁尔伊斯拉姆大学（NoorulIslamUniversity）高等教育中心研制了一颗名为“纳鲁尔伊斯拉姆大学卫星”（NIUSAT）光学对地成像纳卫星，于2017年6月23日发射。该卫星使用了最新的经过验证的技术和模块，质量15kg，载有宽视场传感器（MWiFS），多光谱分辨率25m，幅宽50km×50km，用于监视农作物病虫害，以及支持洪水、飓风、干旱、森林火灾、滑坡、地震等灾害的管理。其他国家或地区2017年，其他国家或地区共进行了3次民商用对地观测卫星发射，发射了3颗民商用对地观测卫星。截至2017年底，其他国家或地区共有44颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星37颗、雷达对地成像卫星2颗、气象环境探测卫星1颗、其他环境探测卫星2颗。按用途划分，民用卫星34颗、商用卫星10颗。总体上，在其他国家或地区中，以色列和韩国遥感卫星能力最强；摩洛哥、沙特阿拉伯、新加坡、菲律宾、阿根廷、印度尼西亚等国家已具有卫星研制能力，拥有了本国自主研制的民商用对地观测卫星；阿尔及利亚、阿联酋、阿塞拜疆、哈萨克斯坦、尼日利亚、泰国、委内瑞拉、越南、智利等国家通过整星采购，均已发展本国的民商用对地观测卫星。此外，在新兴商业对地观测方面，除了美国以外，越来越多的国家计划部署创新型高分辨率对地观测卫星星座。未来将有越来越多的国家拥有卫星对地观测能力，全球对地观测卫星领域将普遍进入高分辨率时代。3结束语当前，民用对地观测卫星领域普遍开始部署新一代的对地成像和环境探测卫星系统，其能力与上一代相比更为先进，后续系统聚焦高精尖能力和技术，单星综合能力强大、探测要素多样，确保民用对地观测能力的稳步提升与业务的稳定、可持续发展；商用对地观测卫星领域发展迅猛，企业巨头通过并购重组不断增强自身实力，商业对地观测小卫星星座大规模部署，且业务也开始加快拓展，由成像领域拓展至环境监测领域，甚至安全监测领域.同时创新型公司数量继续高速增加，提出了更多新兴对地观测小卫星星座计划，新兴对地观测业务即将全面覆盖光学和雷达成像能力，具备高、中等多种空间分辨率，以及高时间分辨率和高光谱分辨率。2017年，随着国外民商用对地观测卫星技术水平的进一步提高，以及民商用对地观测应用需求的变化，国外民商用对地观测卫星体系日趋完备，系统规模与能力稳步发展，应用越来越精细。同时，在应用过程中衍生出的需求变化与精致化应用等新需求，又推动着新一代对地观测卫星系统的创新与转型发展。总体上，对地观测卫星领域正在向系统能力与应用服务相互促进与发展的深度和谐状态迈进。',)