海南衛星星座計劃：“罩”在南海上空的天網

①海南一號衛星項目整星方案評審會現場

②楊天梁在接受采訪

③海南衛星星座構成示意圖

④海南衛星星座建設路線

在海南管轄的海域上，如果發生了海上事故，想要進行及時搜救并采取有效的措施，有什么快速準確的方法？答案是：依靠遙感衛星的實時觀測數據進行追蹤。

近日，“海南一號”衛星項目整星方案通過專家組評審，將按計劃進入衛星正樣設計、總裝和綜合測試階段，預計于2019年下半年擇機發射。作為海南衛星星座計劃的一部分，“海南一號”衛星發射后，隨時可以監控觀測，對保護漁民遠洋作業、及時完成海上事故搜救等意義重大。

三亞中科遙感研究所所長楊天梁對《中國科學報》記者說：“海南衛星星座發射完成后，將形成一個‘罩’在南海上空的巨大天網，海南可通過該星座獲得南海及其周邊超大范圍的觀測能力，從而實現對實時動態觀測、南海地區開發和有效管控的重大需求，在突發事件發生時能夠準確、快速響應，為實現海洋強國戰略提供重要保障。”

10顆遙感衛星“精誠合作”

海南處于低緯度區域，還是全國擁有最大海洋國土的省份，在遼闊浩瀚的南海海洋上，散布著大小200多個島嶼礁灘。

“雖然國內外有諸多遙感衛星在軌運行，但是對包括南海在內的低緯度地區的觀測覆蓋能力嚴重不足，加上天氣因素的影響，使得南海衛星遙感信息的有效獲取能力極低。”三亞中科遙感研究所副所長王雷說。

從2015年起，三亞中科遙感研究所就開始籌劃衛星項目，想要研發出針對海南特殊地理位置和氣候條件的海南衛星星座。

“雖然我們可以接收衛星數據，但對造衛星這件事相當于從零開始。項目確定后，我們就開啟了高強度出差模式。”王雷說。

在楊天梁的帶領下，項目組成員在兩年的時間里，挨個拜訪有衛星制造技術和運載火箭技術的單位，挨家對比制造方案，北至長春，南到深圳，各地都留下了他們的足跡。

經過航天專家反復模擬和推算，最終確定海南衛星星座由“海南一號”“三亞一號”和“三沙一號”系列衛星組成，由三亞中科遙感研究所和遙感信息產業園入園企業——海南微星遙感技術服務有限公司共同研發。

楊天梁告訴記者，海南衛星星座發射計劃在今后3年內完成，2019年發射“海南一號”一期3顆光學衛星；2020年發射“海南一號”二期3顆光學衛星和“三亞一號”2顆高光譜衛星；2021年發射“三沙一號”2顆合成孔徑雷達（SAR）衛星。

王雷說：“海南衛星星座建成后，將使海南的衛星研發、組裝、測控能力基本形成，同時解決南海空間信息獲取難題，同時促使海南的商業航天產業基本成形。”

經過論證，航天專家發現采用30度傾角和500公里的低傾角軌道，用3顆衛星組成的低緯度觀測星座就可以對全南海海域進行每天一次、重點區域每天多次的全覆蓋觀測，并可與我國在三亞已經部署的衛星地面站來快速組成南海動態觀測和應用體系。

為什么海南衛星星座計劃要用10顆衛星？楊天梁說：“如果星座內衛星增加到10顆，就可以對全球南北緯30度之間的全部熱帶和海洋區域進行每天不間斷全覆蓋觀測，星上還可以陸續組合搭載從光學到高光譜、雷達等多類型傳感器，其范圍涵蓋了絕大部分的海上絲綢之路區域。”

“自拍神器”顯神通

作為整體計劃的首發星，“海南一號”衛星是針對南海海域動態監測的遙感衛星系統，配備了5米、1.5米光學載荷和船舶自動識別系統載荷（簡稱AIS系統）。當“海南一號”衛星發射后，南海的每一座島礁、每一艘船舶，都處于巨大的衛星“保護罩”之中。

楊天梁表示，以“海南一號”3顆低緯度光學傳感器衛星為例，利用它加上AIS船舶身份識別系統，就可以實現對于南海的逐日覆蓋業務化觀測，甚至實現對于全球圍繞赤道的海洋航道上特定海區的快速大范圍覆蓋按需觀測，保障海南在海洋航運、島礁監控、漁業信息服務等重點領域的空間數據需求。

“海南一號”的相機系統可以在500千米軌道高度，實現5米分辨率、幅寬不小于100千米，同時整星總質量不超過50千克，這就相當于海南擁有了一個“自拍神器”。

“我們的技術方案增大了光學系統的視場角，滿足寬覆蓋的技術指標要求，同時對成像電路系統進行優化設計，從而實現輕型、低功耗、寬覆蓋成像電子學系統的研制。”王雷說。

楊天梁說：“我們率先采用覆蓋度優先的衛星系統設計思想，衛星各個系統中的軌道參數、側擺能力、能源保障、傳感器幅寬、每軌可觀測時長、數據格式和下行速度、接收站布局等都圍繞區域覆蓋度進行設計，確保衛星運行狀態下可以實際提供對于南海等區域的高頻次全覆蓋觀測和成像。”

不僅如此，“海南一號”還是通用型微納衛星平臺，用“可見光+光譜+AIS”的組合模式，可以對船舶進行探測、識別以及動態信息的獲取，實現對海洋環境、海洋生態、島礁與海岸帶等多元要素觀測。

探索商業航天產業“藍海”

當前，海南衛星星座形成了低成本、產業化的建設導向，商業航天產業這片巨大“藍海”的潛力也逐步得到重視。在國際上，以美國太空探索公司SpaceX為代表的一大批商業航天公司已然崛起。

海南與中國的航天科技聯系緊密，不到十年的時間，海南以其獨特的區位優勢在航天科技領域確立了自己的重要地位，具備了“北有文昌航天發射，南有三亞衛星應用”的航天、衛星、遙感產業新格局，這里發展商業航天產業具有獨特的優勢。

楊天梁表示，由中科院遙感與數字地球研究所與海南省科技廳、三亞市人民政府共同建設的三亞遙感信息產業園也將為海南“海陸空”科技創新戰略的實施和三亞商業航天產業的發展作出重要的貢獻。

“三亞遙感信息產業園的發展目標是形成集衛星遙感技術研發、航空航天傳感器研發、無人機研發和遙感數據接收、處理、分發、應用、教育一體化的產業集群，具有覆蓋三亞、海南、南海、全國以及東南亞區域‘天、空、地’一體化遙感動態監測能力，為政府、教育、科研及企業單位和公眾提供遙感與空間信息服務能力的信息產業園區。”楊天梁解釋道。

建成后的三亞遙感信息產業園，將不斷吸引和凝聚國際國內該領域的最新研究成果與先進技術加盟，形成航空航天對地觀測應用服務領域的國際知名基地，在航天平臺、航空平臺以及應用服務領域形成國際化、規模化的產業基地，推動海南航天遙感信息產業布局。