5月9日凌晨，我國高分五號衛(wèi)星發(fā)射成功，它將滿足環(huán)境綜合監(jiān)測等方面的迫切需求，對于掌握高光譜遙感信息資源自主權(quán)，助力美麗中國建設(shè)具有重要意義。

高分五號，是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項中唯一一顆陸地環(huán)境高光譜觀測衛(wèi)星，也是世界首顆實現(xiàn)對大氣和陸地綜合觀測的全譜段高光譜衛(wèi)星。它裝載了2臺全新研制的陸地觀測載荷和4臺全新研制的大氣類觀測載荷，可以獲取從紫外到長波紅外譜段的高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對大氣和陸地表面的綜合觀測。

高光譜遙感是當(dāng)前遙感技術(shù)的前沿領(lǐng)域。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨(dú)特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”，是用以識別和分析不同物體特征的重要“身份證”。值得一提的是，此前發(fā)射的高分專項衛(wèi)星在光學(xué)成像中只能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息，而高分五號衛(wèi)星具備的光譜成像技術(shù)，則可使光譜與圖像結(jié)合為一體，探測物質(zhì)的具體成分，使污染氣體、溫室氣體高精度遙感探測成為可能。

我國幅員遼闊，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測范圍廣、要素多、內(nèi)容復(fù)雜，僅靠地面環(huán)境監(jiān)測是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。據(jù)生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心主任、高分專項應(yīng)用系統(tǒng)副總師王橋介紹，衛(wèi)星遙感監(jiān)測具有宏觀、快速、定量、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，近年來作為生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化監(jiān)測的有效手段，在大氣污染防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管等方面得到了越來越多的應(yīng)用，并發(fā)揮出越來越大的作用。

此前，我國并沒有真正意義上的環(huán)境專用衛(wèi)星。高分五號衛(wèi)星將填補(bǔ)國產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白，通過對大氣污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等物理要素的監(jiān)測，動態(tài)反映我國大氣污染狀況，如大氣環(huán)境方面的灰霾、顆粒物、秸稈焚燒等遙感監(jiān)測，水環(huán)境方面的湖泊水華與富營養(yǎng)化、城市黑臭水體、農(nóng)業(yè)面源污染、飲用水源地安全等。同時，高分五號衛(wèi)星還可對內(nèi)陸水體、陸表生態(tài)環(huán)境、蝕變礦物、巖礦類別進(jìn)行探測，為我國環(huán)境監(jiān)測、資源勘查、防災(zāi)減災(zāi)等行業(yè)，提供高質(zhì)量、高可靠的高光譜數(shù)據(jù)。

高分專項工程總師、國防科工局重大專項工程中心主任童旭東說，高分專項的實施大幅度提升了我國民用遙感衛(wèi)星技術(shù)水平，使低軌衛(wèi)星空間分辨率由實施前的最高2.1米提高到0.8米，地球同步遙感衛(wèi)星分辨率由千米級提高到50米，低軌遙感衛(wèi)星設(shè)計壽命由3年大幅提高到8年。在衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，高分專項突破了數(shù)據(jù)遙感政策、共性關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)與資源共享、服務(wù)創(chuàng)業(yè)平臺等方面的管理技術(shù)瓶頸，為衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用和推廣掃清了障礙。目前，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在20余個行業(yè)、30個省（自治區(qū)、直轄市）得到廣泛應(yīng)用，成為相關(guān)部門主體業(yè)務(wù)不可或缺的手段，有力支撐了各級政府治理能力和治理體系現(xiàn)代化，在軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略、“一帶一路”建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧中發(fā)揮了重要作用。

高分五號“火眼金睛”是怎樣煉成的

中國高分家族再添一員大將。

我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射第一顆高光譜綜合觀測衛(wèi)星高分五號。來自國防科工局、國家航天局的消息顯示，此舉有望填補(bǔ)國產(chǎn)衛(wèi)星無法有效探測區(qū)域大氣污染氣體的空白，可動態(tài)反映我國大氣污染狀況。

高分五號裝載2臺全新研制的陸地觀測載荷和4臺全新研制的大氣類觀測載荷。高分五號衛(wèi)星總設(shè)計師、航天科技集團(tuán)上海航天技術(shù)研究院研究員孫允珠說，正是這六大載荷“神器”讓高分五號煉就了“火眼金睛”，也為我國環(huán)境監(jiān)測、國土資源勘探，建設(shè)美麗中國增添了一雙“慧眼”。

地球上不同的元素及其化合物都有自己獨(dú)特的光譜特征，可以說，光譜就像人的“指紋”一樣，是用以識別和分析不同物體的一種重要的“身份證”。

航天科技集團(tuán)上海航天技術(shù)研究院高分五號衛(wèi)星總指揮蔣光偉說，如果說肉眼光學(xué)成像只能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息，光譜分析則可以通過“圖譜合一”探測物質(zhì)的具體成分，“不僅能探測一個地方有沒有礦，還可以分析是何種礦”。

也因此，高光譜遙感被看作當(dāng)前遙感技術(shù)的前沿領(lǐng)域，它的出現(xiàn)是遙感界的一場革命。蔣光偉說，作為高分重大專項的重要組成部分，高分五號衛(wèi)星是實現(xiàn)我國高光譜分辨率對地觀測能力的重要標(biāo)志之一。

在遙感領(lǐng)域，一般多光譜衛(wèi)星有幾個或幾十個探測通道，高分五號衛(wèi)星攜帶的可見短波紅外高光譜相機(jī)，卻有330個探測通道，可以獲取0.4至2.5微米譜段的圖像和連續(xù)光譜信息，其強(qiáng)大探測能力可見一斑。

此外，這臺相機(jī)的可見光譜段光譜分辨率達(dá)到5納米，不僅可以監(jiān)測飲用水源地污染，還可以通過高光譜成像識別內(nèi)陸水體綠藻、黃藻等藻類的生長變化情況。

蔣光偉說，高分五號搭載的大氣主要溫室氣體監(jiān)測儀，是國際上首臺采用空間外差干涉體制進(jìn)行溫室氣體探測的有效載荷，可用于區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測，分析全球溫室氣體起源與經(jīng)風(fēng)向傳播的“旅行圖”，為氣候變化研究及環(huán)境外交提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

根據(jù)國防科工局、國家航天局披露的消息，高分五號在國內(nèi)首次運(yùn)用天底觀測、掩星觀測、海洋耀斑觀測、多角度觀測、偏振觀測等多種探測手段，多達(dá)26種工作模式，幾乎涵蓋目前光學(xué)遙感衛(wèi)星之所能。

從這個角度來說，高分五號作為目前國內(nèi)探測手段最多的光學(xué)遙感衛(wèi)星，就像是一個全能運(yùn)動員。孫允珠說，高分五號其實就是將大氣和陸地觀測兩類衛(wèi)星的功能集合在一顆人造衛(wèi)星上。

這其中，高分五號衛(wèi)星搭載的大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，是我國第一臺用于二氧化硫、二氧化氮、臭氧等全球污染氣體探測的高光譜有效載荷，其天底觀測角度達(dá)114度。

蔣光偉打了個比方，這臺光譜儀就像是一個超高清廣角鏡，在距離地球700多公里的太空，不但一天就可以覆蓋全球，而且能“看到”大氣中含量極少的二氧化硫等污染氣體，并定量監(jiān)測其分布、變化和輸運(yùn)過程。

另一個名為大氣氣溶膠多角度偏振探測儀的設(shè)備，則可實現(xiàn)大視場和多角度成像，這意味著，高分五號衛(wèi)星可以對地表任一目標(biāo)均可實現(xiàn)9到11個角度的全方位觀測，可用于霧霾、大氣顆粒物等大氣環(huán)境監(jiān)測及氣候變化研究。

高分五號除了有高光譜的獨(dú)門功夫，在高定標(biāo)精度的能耐方面也極為出眾。

航天科技集團(tuán)上海航天技術(shù)研究院高分五號衛(wèi)星工程總師徐博明說，高精度的定標(biāo)，是高光譜衛(wèi)星定量化應(yīng)用的基礎(chǔ)，“就像一把尺子是否準(zhǔn)確需要標(biāo)校一樣，尺子不準(zhǔn)，做得再精致，測出的數(shù)據(jù)也是不準(zhǔn)確的”。

高分五號搭載的太陽漫反射板、比輻射計、變溫黑體、LED等7類星上定標(biāo)器，就是用來給衛(wèi)星載荷光譜定標(biāo)的工具，其光譜定標(biāo)精度最高可達(dá)0.008波數(shù)——這是國內(nèi)定標(biāo)精度最高的衛(wèi)星。

高分五號衛(wèi)星工作的地點(diǎn)是在距離地球700多公里的太陽同步軌道，這里每天都要經(jīng)歷近15次高低溫變化和空間輻照影響，這對衛(wèi)星使用壽命是極大的考驗。

蔣光偉說，研制團(tuán)隊為此整整花了一年時間重新論證并改進(jìn)、優(yōu)化原先的設(shè)計方案，從元器件和線纜，從電源到活動部件，從載荷到平臺，哪怕是一個元器件都要尋根究底，保證“歷史清白”，開展了75項試驗驗證工作，突破多項關(guān)鍵技術(shù)。

值得一提的是，上海航天技術(shù)研究院的研制團(tuán)隊做了8萬次的讀寫試驗，“相當(dāng)于在軌使用16年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個壞區(qū)都沒有。”蔣光偉說。

他還提到，高分五號衛(wèi)星的天線在軌期間，每天都要進(jìn)行大角度的擺動，是對使用壽命考驗最大的部件之一。即使衛(wèi)星實際在軌運(yùn)行8年也只需6萬多次擺動，但研制團(tuán)隊在地面上卻足足做了8萬次擺動驗證試驗。

一個有必要交代的背景是，此次發(fā)射高分五號衛(wèi)星，對外所稱設(shè)計壽命為8年。而當(dāng)前國內(nèi)低軌遙感業(yè)務(wù)星的設(shè)計壽命，一般僅為3～5年。