航天盛年多盛事 “四大工程”壮国威(上)
——“十二五”国防科技成就系列报道之一
2015-02-06本刊编辑部
■ 本刊编辑部
航天盛年多盛事 “四大工程”壮国威(上)
——“十二五”国防科技成就系列报道之一
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“十二五”期间,中国航天集团公司军民融合水平得到进一步提升,民用产业市场份额已经超过半壁江山。四大主业的齐头并进,有力地推动了航天强国建设的步伐。同时,中国航天集团公司不断提升军民融合发展水平,“十二五”期间,清晰北京、天津、上海等主要产业基地项目布局,推进武汉、保定、固安等新的产业基地建设,继续深化产业基地重点项目建设,加强产业基地内部的组织协调和资源整合,形成产业发展合力和规模效应。
在2015年度《财富》世界500强排行榜上,中国航天集团公司以2014年271.904亿美元的营业收入位列第437位,跻身世界500强企业行列,在该年度上榜的106家中国企业中排名第98位,在上榜的46家国资委监管的非金融类中央企业中排名第43位。
“十二五”期间,以“北斗”、“高分”、“探月工程”、“载人航天”四大工程为代表的中国航天又迈上新的高度。完成多次国际商业发射,航天外交已成为中国高科技“走出去”的一张名片。
航天“十二五”工程之一:北斗卫星导航系统建设取得突破性进展 卫星导航产业发展取得长足进步
国际上有一个“高大上”的俱乐部,它只有四个会员,却吸引了各国首脑的关注和众多顶级科学家工程师的研究,这个俱乐部就是GNSS(全球导航卫星系统),四个会员分别是美国GPS、欧洲“伽利略”(GALILEO)、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、中国“北斗”(COMPASS)。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”(GLONASS)、欧盟“伽利略”(GALILEO)等其他卫星导航系统兼容的终端组成。北斗卫星导航系统2011年12月27日起提供连续导航定位与授时服务。北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
从产业视角,卫星导航产业是由卫星定位导航授时系统和用户终端系统制造产业、卫星定位系统运营维护和导航信息服务等方面组成的新兴高技术产业。事实表明,大力发展卫星导航产业,对推动产业结构调整、提高社会生产效率、改善人民生活质量、提升国家核心竞争力具有重要的现实意义和长远的战略意义。
那么,中国北斗系统和导航产业发展情况如何,让我们满怀收获的喜悦,回眸“十二五”北斗系统和导航产业取得的新成就。
一、加强统筹协调,完善政策法规,优化发展环境,提升发展水平
为促进我国卫星导航产业快速健康发展,推动北斗卫星导航系统规模化应用,我国根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,结合实施第二代卫星导航系统重大专项,曾于2013年9月发布了《国家卫星导航产业中长期发展规划》。《规划》的贯彻实施,推动着卫星导航产业迅速发展,使卫星应用产业成为我国高新技术产业的重要组成部分。
祝贺广州润芯成为广东省北斗卫星导航产业联盟成员单位
为加快建立完善国家卫星导航产业发展协调机制,加强军民之间、部门之间的沟通协调,统筹中央、地方和其他社会资源,统筹规划卫星导航基础设施的建设和应用,研究制定产业化促进政策,引导产业布局优化,我国政府致力于建立完善的市场监督管理机制,加强市场信息监测与预警,并根据发展形势,实施动态调整。充分发挥行业协会等专业机构的行业引导、协调、服务作用,强化行业和企业自律制度,构建卫星导航产业发展的良性竞争环境,并不断采取推进措施:
一是制定在涉及国家安全和国民经济重要领域中推行使用北斗卫星导航系统的政策,推动北斗卫星导航系统及其兼容产品在能源(电力)、通信、金融等领域的应用。研究制定有关市场准入、位置安全等管理制度,建立健全卫星导航产品质量检测认证体系及质量监管机制,整合现有资源,推动卫星导航产品质量检测中心建设,规范卫星导航应用服务和运营,提高骨干企业和创新型企业的参与积极性。加大知识产权保护力度,支持有条件的企业申请国外专利。完善鼓励卫星导航产业技术创新、引导投资和消费的金融政策。
江苏北斗卫星应用产业研究院参加第四届中国卫星导航学术年会
二是加快建立并完善支撑卫星导航产业健康发展的标准体系,鼓励产学研用各方联合研制技术标准。推动卫星导航军民标准通用化和资源共享,促进卫星导航与物联网、移动通信等的融合发展。鼓励骨干企业和研发机构参与国际相关标准的制定,促进北斗与其他卫星导航系统的兼容发展。加大标准宣传力度,完善标准信息服务、认证、检测体系,做好标准实施的监督工作,推动合格评定与产品认证服务的发展及国际合作,促进北斗卫星导航系统全球化应用。
三是在现有政策和财政资金渠道中加大支持力度,组织实施重大工程,引导多元化资金投入,促进卫星导航产业加快发展。加大对关键基础设施建设、关键技术研发和典型示范应用的支持力度,提升核心技术、核心产品的创新发展能力;加强专业化人才队伍建设,提高知识产权的创造、利用和保护能力;扶持优势企业做强做大,鼓励通过建立产业联盟、实施兼并重组等方式,提高产业集中度和竞争力。
二、创新驱动新兴高技术产业方兴未艾,“北斗”关键技术取得重大突破
“十二五”以来,我国卫星导航应用理论研究和技术研发发展迅速,导航芯片、天线等关键技术取得重大突破并实现了产品化。北斗卫星导航系统已具备区域服务能力,在交通运输、海洋渔业等诸多领域发挥了重要作用,目前正在稳步推进全球系统建设。随着卫星导航与交通运输、智能终端和移动互联网的融合发展,应用技术水平显著提高,产品制造和服务能力快速提升,我国已成为车载导航终端产品的主要出口国。
视点1:加速组建“北斗”二代定位导航网络
今年4月25日,我国成功发射两颗北斗导航卫星,使北斗导航系统的卫星总数增加到19枚。北斗导航卫星系统总设计师谢军介绍说,作为北斗系统全球组网的主要卫星,新发射的北斗双星将为中国建成全球导航卫星系统开展全面验证,为后续的全球组网卫星奠定基础。这两颗卫星还将验证首次在空间使用的星间链路技术,率先探测全球导航卫星面临的电磁与空间环境,监测导航卫星的干扰信号,并与今年3月发射的一颗北斗卫星实现星间互联互通,共同开展全球组网试验验证工作。这对双星首先要承担的是在轨验证全球卫星导航系统总体方案与技术体制。拿信号格式来说,这次采用的是具有自主知识产权的全新信号格式,导航信号数据在区域组网导航卫星的基础上扩展了一倍还多。这意味着同样的时间内,导航卫星可发送更多的信号,更好更快地满足用户需求。
视点2:“北斗”国产化率升至98%,技术水平大幅提高
新一代北斗导航卫星具有更高的定位、授时精度,更强的自主能力,其体态也更加轻盈小巧。卫星的总设计师、来自上海微小卫星工程中心的林宝军介绍说,此颗卫星还首次大量使用了国产化器部件,实现了自主可控。据悉,整星国产化率达到95%,后续星的国产化率将达100%。新北斗卫星运用了以下新技术:中央处理器首次使用中国造的“龙芯”,这也是中科院承担的首颗长寿命、高可靠的卫星。国产星载铷钟突破国外技术封锁,最高约每300亿年的误差仅为1秒,跟美国GPS最好的星载铷钟技术指标相当。首次具备星间链路,可以将多颗卫星互联在一起,实现卫星之间的信息传输和交换。首次采用中科院研发的导航卫星专用平台,让“北斗”减重一半。首次采用远征一号上面级、享受了“太空摆渡车”的送星到轨服务。首次使用了高功能密度综合电子体系架构,可用一台计算机实现对所有电子系统的集中控制管理。采用了国产的大功率微波放大器,国产化率首次达98%。
宇航CPU是卫星的核心芯片,相当于卫星的大脑。在北斗双星上担当主纲的CPU芯片,只有拇指指甲盖大小,却是航天772所历时10年研制成功的,圆了航天人的“中国芯”之梦。 除了CPU,北斗双星的数据总线电路、转换器、存储器等近40款产品均为航天772所研制和生产,这是中国卫星首次成体系的、批量使用国产芯片,对航天工程的自主可控和创新发展具有里程碑式意义。而且,第18、19颗北斗导航卫星的设计寿命从以前的8年提高到12年。这两颗卫星使用的新技术、新产品占到卫星全部产品的近八成,这在中国以前研制的卫星上前所未有。
铷原子钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”,是决定定位系统性能的主要因素之一。五院西安分院和510所经过数年的研制,相继攻克了铷钟寿命、长期稳定度等难题,研制出中国第一台铷钟。中国航天科工集团二院203所目前正在研发搭载于卫星上的氢原子钟。这是作为超高精度的时钟,氢原子钟稳定程度非常高,常用于射电天文观测、高精度时间计量等方面。而卫星上所搭载的氢原子钟可为卫星系统提供高稳定的时间频率信号,能够决定导航系统定位、测速精度,不久应用于我国的北斗导航卫星系统后,将进一步提高其定位、测速和授时的准确性。
中国北斗产业化应用联盟成立大会
视点3:强强联合组建“北斗产业推广联盟”,为创新驱动注入强大动力
企业有资金设备的优势,高校有人材技术的优势,支持骨干企业和科研院所创新能力建设,加强工程实验平台和成果转化平台能力建设,形成产学研用相结合的技术创新体系。强强联手组建北斗产业推广联盟,创新驱动助力90后自造卫星成功发射。
南京理工大学学生自造卫星“南理工一号”成功在甘肃酒泉卫星发射中心发射,这是由南理工微纳卫星中心自主研制的第一颗微纳卫星,可用于海上船舶自动识别。“南理工一号”卫星仅重2.2公斤,用于全球海上船舶自动识别、星间信息交换在轨演示验证。几天来,该卫星从太空成功发回数据,对海洋、大气、飞行物等实施了监测。作为“上科大二号”的B星,这颗立方星与中国科学院上海微小卫星工程中心研制的两颗立方星进行组网,用于全球海上船舶自动识别、星间信息交换在轨演示验证。卫星上搭载了船舶识别系统,可对海上船舶进行信号搜集。一旦有船舶失踪,该系统可以进行定位识别。
三、“北斗”导航系统彰显服务民生技术优势
视点1:新导航卫星发射助“北斗”升级 ,导航可放心用“国货”
“十二五”以来,适应重点行业及领域的应用需求,充分发挥北斗卫星导航系统短报文通信等特色优势,我国在“北斗”的新星研发上注意结合新一代信息技术发展,创新应用服务模式,加强卫星导航与国民经济社会发展重要行业的深度融合,大力推进卫星导航产品和服务在公共安全、交通运输、防灾减灾、农林水利、气象、国土资源、环境保护、公安警务、测绘勘探、应急救援等重要行业及领域的规模化应用,推进卫星导航与物联网、移动互联、三网融合等广泛融合与联动,积极鼓励开拓新的应用领域。推动形成行业综合应用解决方案,提升行业运行效率,促进相关产业转型升级。目前市场热炒的“车联网”、“可穿戴设备”、“物联网”等概念都与北斗密不可分。
渔业:“北斗”二代在亚太地区布网后,渔民有了一个新选择,那就是装北斗卫星船载终端,北斗的双向短信功能在渔船救险方面得到了完美应用,遇到险情后一键求救,终端会自动把附带着定位信息的求救短信通过卫星发给岸上的救援队,实现了GPS+海事卫星电话的功能,而且更加方便。
由于政府大力推广,将之列为安全机械设备,享受农机补贴政策,政府额外拿出了1个亿,免费为辽宁、山东、浙江、海南的1万艘渔船安装北斗终端,后续再安装的直接补贴九成,渔民只需要象征性地出一成的钱。北斗卫星的短信功能也非常受欢迎,根据浙江省2011年的统计,浙江渔民利用北斗卫星发短信1300万条,其中船与船互通604万条,船与手机互通696万条。渔业省份在岸上大建基于北斗二代的渔业信息服务基础设施,通过卫星给渔船发送实时的天气、海浪、赤潮、鱼汛消息,甚至还有当日渔市价格,帮助渔民决定捕捞哪种鱼,渔民在海上就可以把渔获信息传到岸上,提前联系好了卖家。
车辆:北斗智能导航系统由北斗导航终端和后台信息服务中心组成,二者依托公网实现信息交互。北斗导航终端能够实现车辆定位、语音领航、路径规划、蓝牙电话、公网通信、资讯和娱乐服务等功能,同时通过CAN口可接入车辆CAN总线系统,实时采集车辆车况信息,及时上报后台信息服务系统。北斗在自驾游、探险游等旅游领域也有作为。海南天标电子科技有限公司就推出了北斗智能导游机、北斗自驾游车载机、北斗个人探险游手持机等三款智能终端。此类终端能帮助用户监测路况、天气等。特别是对于爬山爱好者来说,发生事故后,北斗定位服务是其生命的保障。
从事道路班线客运、旅行包车、危险货物运输车的被视为“两客一危”系统,这些都必须安装电子定位装置,并将运行信息及时接入到全国的联网联控系统中。在交通管理部门的监控大屏幕上,车辆的运动状态一目了然,超速闯禁行等违规驾驶行为会自动报警,这是一项保护人民生命安全的法规。“两客一危”的范围还在扩展,警车、公务车、校车也正在被纳入到卫星定位监控系统之中,不仅仅是为了行车安全,还要监控公车私用,车辆行驶路线清清楚楚,数据稳妥地存在数据库里,由不得司机遮掩狡辩。
手机:我国自主研发的北斗导航系统正从国内走向世界,各种系统应用也逐步在国内遍地开花,可普通百姓依然觉得“北斗远在天边”。究其原因,障碍就在一块肉眼几乎看不清的小芯片。国产“北斗”芯片最小也有55纳米。这15纳米的微小差距,不仅让手机排线变得局促,更让耗电量激增,用GPS芯片的手机可正常使用8小时,而用“北斗”芯片的手机1小时就会关机。
据悉,国产40纳米级“北斗”射频芯片—5毫米见方的“航芯一号”已经取得突破,标志着我国北斗导航产业大规模应用的最大瓶颈得到突破。今年,两款量产版上海造“北斗芯”先后上市。中兴手机紧锣密鼓加装北斗导航“中国芯”。新近问世的“北斗”有技术“撒手锏”——“短报文”功能。它能在没有移动、电信服务商的地区,通过卫星传出短消息,即使是没有手机信号的地方,“北斗”芯片手机依然可与卫星直接通信,这对于户外生存,野外旅行等有十分重要的价值。
目前,北斗产业已构建起集芯片、模块、板卡、终端和运营服务为一体的北斗产业链,第一代国产北斗芯片模块等核心技术产品,性能价格比已经接近国际水平,销售量已突破了千万规模,功耗更低、体积更小、性能更优、集成度更高的新一代北斗芯片已经突破了关键技术,即将投放市场,可以满足智能手机、穿戴式设备等方面的应用需求,高精度的板卡、天线等产品已在国内市场上占领了相当份额,改变了中国高精度卫星导航核心产品完全依赖进口的局面。
视点2;抓住机遇,“北斗”导航产业扶持新政酝酿推出概念股
北斗导航产业化开始提速,百度、腾讯、阿里争相进入北斗导航领域,除发改委外,工信部、交通部、住建部等部委也在酝酿北斗导航产业扶持新政,全方位立体化的扶持政策有望加速北斗导航市场发展。
据介绍,发改委正和财政部组织实施2014-2016年北斗导航产业重大应用示范发展专项,实施目标为逐步建立以应用为导向、用户为龙头、企业为主体的北斗导航产业发展模式,到2016年北斗应用终端总量超过3000万台套,实现从百万量级到千万量级的突破,重要领域智能化应用水平显著提升,自主发展能力显著增强。
制定重大应用示范专项的目的是,引导和鼓励中央、地方和企业形成政策与资源合力,以行业和地区应用政策为依托,将北斗系统融入国民经济重要行业和重点地区,成为行业和地区创新驱动发展、实现转型升级的重要支撑。同时,激发市场主体积极性,按照市场化发展规律,着力推动北斗系统规模化、商业化应用取得重大突破。业内人士分析,2013年北斗终端社会持有量已超过130万台,按照2016年北斗应用总量超过3000万台套的目标,到2016年北斗终端将实现逾20倍的增长。
“十二五”期间,北斗导航“盛宴”开启,地方政府竞相争抢千亿北斗导航市场“蛋糕”,广东、上海、北京、南京、深圳等多地掀起兴建北斗卫星导航产业联盟或产业园的浪潮。在首届中国北斗应用峰会上,北京、上海等多地政府纷纷展示当地北斗产业未来发展蓝图。上海市国防科技工业办公室副主任张华芳表示,2020年上海北斗产业将实现年产值1000亿元,成为国内卫星导航产业区域发展前三强。北京市经信委主任张伯旭则建议,将京津冀北斗综合应用作为国家重点工程,实现京津冀北斗一体化发展。
四、开拓海外市场,北斗导航开启“全球秀”
2014年11月,联合国负责制定国际海运标准的国际海事组织海上安全委员会,正式将中国的北斗系统纳入全球无线电导航系统。这意味着继美国的GPS和俄罗斯的“格洛纳斯”后,中国的导航系统已成为第三个被联合国认可的海上卫星导航系统。
北斗卫星定位系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务,并兼具短报文通信能力,广泛应用于道路交通管理、航空运输和应急救援等领域。
中国北斗卫星导航系统总设计师杨长风介绍,根据北斗系统的三步走发展战略,北斗全球系统工程建设正在抓紧推进,2015年连续成功发射了四颗新一代北斗卫星,采用新型的导航信号、新技术体制以及装载着精读更高的原子针,正在按照计划开展在轨测试。中国北斗卫星导航系统将于2018年形成“一带一路”沿线国家全球初始服务的基本能力,到2020年形成全球服务能力。届时北斗卫星定位系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务,并兼具短报文通信能力,广泛应用于道路交通管理、航空运输和应急救援等领域。
尽管现在还没有把35颗卫星打全,但亚太地区的北斗二代定位导航网络已经建起来了,并投入使用。GPS和北斗的中轨道运动卫星都是30颗,它们各自在太空上织就了一张网,GPS网眼最密处是在美国上空,北斗二代网眼最密处在中国上空,为本土提供服务是第一要务。亚太国家认识到了北斗的覆盖优势,中国政府也积极推动北斗二代在亚太地区的应用。2012年,北斗定位系统开始转向民用市场,北斗导航服务范围成功覆盖中国及东盟10国。
五、系列国策为卫星导航产业带来新机遇,推动北斗终端规模跃升到千万级
工业和信息化部电子信息司副司长乔跃山最近表示,在刚刚结束的十八届五中全会上,中央提出构建产业新体系,加快建设制造强国,实施中国制造2025,实施“互联网+”行动计划,推动大众创业万众创新,这些政策将为卫星导航产业特别是中国的北斗产业发展注入新功能、拓展新空间、带来新机遇。
南华礁等卫星图( 高分 1号-16米)
乔跃山指出,中国拥有全球最大的互联网用户群体,也是全球最大的智能终端生产基地,大国大市场成为北斗应用产业发展的有力依托和基础优势。因此,工信部开展了北斗应用示范,推动北斗终端规模的百万级到千万级的跃升,目前该示范项目取得积极进展,国产北斗移动通信一体化芯片已经发布,并大规模应用于国产智能手机。今后将继续加大支持力度,促进上下游企业加强协同攻关,共同开发满足不同市场需求的卫星导航产品,研发基于北斗的信息服务总体解决方案,推动北斗在手机、汽车和新型智能硬件产品中更广阔的应用。
乔跃山介绍,今后将支持建设两大平台,推广北斗大众创业万众创新的新模式。一是开放式软硬件技术服务平台,支持国内外企业开发优秀的芯片、软件技术及解决方案的资源,搭建开源、开放的平台,推广开源、开放、创新模式,为创业创新者提供技术平台和智力支撑。二是应用生态平台,积极发展智慧城市、智能物流、智能工厂等业务,促进位置信息的资源共享和大数据服务,繁荣北斗应用生态,加速北斗向生活、生产领域的渗透。
相关解读:
解读1:我国卫星应用工作总的目标:到2020年,建立基本满足国民经济建设、社会发展和公共安全需求的卫星应用体系,建成通信、导航、海洋、气象、环境与减灾、水利、国土、农业、林业、远程教育等10个以上稳定运行的业务系统;建成高分辨率对地观测系统、北斗卫星导航系统,资源一号卫星系列、海洋卫星系列、风云气象卫星系列和环境与灾害监测小卫星星座并在轨稳定运行,通信广播卫星可连续稳定地提供服务,新一代大型运载火箭投入使用;卫星地面设备国产化率达85%,形成若干家大型卫星应用企业为核心的企业群体,卫星应用产业年均增速达25%;形成产业链,完成应用卫星和卫星应用由试验应用型向业务服务型转变,卫星应用产业成为我国高新技术产业的重要组成部分。
解读2:中国北斗导航卫星系统建设实施“三步走”战略:第一步,在2000年建成北斗试验导航卫星系统;第二步,在2012年建成区域导航系统;第三步,2020年左右,北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
航天“十二五”工程之二:高分重大专项打造中国“天眼”
高分卫星家族包括7颗民用卫星,功能各异。目前在轨运行的“高分一号”“高分二号”均为光学遥感卫星,其中“高分二号”的全色和多光谱分辨率分别达到了1米和4米;“高分三号”为雷达卫星,主要服务于海洋、水利和减灾;“高分四号”是静止轨道卫星,主要服务于民政减灾、林业、气象;“高分五号”为高光谱观测卫星,主要服务于环保、国土;“高分六号”“高分七号”主要服务于农业、统计、测绘。
“十二五”期间,航天集团公司军民融合水平得到进一步提升,有力地推动了航天强国建设的步伐。为满足航天型号发展需要,航天集团公司不断加强科研能力建设,一大批具有国际先进水平的科研生产基础设施相继建成并投入使用,加强产业基地内部的组织协调和资源整合,形成产业发展合力和规模效应。以高分专项为代表的高分辨率对地观测系统就是其中之一。
高分专项是指高分辨率对地观测系统,它是国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中确定的16个重大专项之一,高分专项建设目标一是建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率先进观测系统,与其他观测手段结合,形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力;二是整合并完善地面资源,建立数据与应用专项中心;到2020年,建成我国自主的陆地、大气、海洋先进对地观测系统,为现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重大领域提供服务和决策支持,确保掌握信息资源自主权,促进形成空间信息产业链。
一、盘点“十二五”“高分”卫星
1. 首发星“高分一号”(GF-1)拍出世界最美相图
2013年4月成功发射的“高分一号”卫星,是中国高分辨率对地观测系统国家科技重大专项的首发星,“高分一号”卫星具有高、中空间分辨率对地观测和大幅宽成像结合的特点,2米分辨率全色和8米分辨率多光谱图像组合幅宽优于60公里,16米分辨率多光谱图像组合幅宽优于800公里,为国际同类卫星观测幅宽的最高水平,从而大幅提升观测能力,并对大尺度地表观测和环境监测具有独特优势。
由国防科工局重大专项工程中心和中国科学院遥感与数字地球研究所提供的“高分一号”卫星图像共10幅,命名为《巡天遥看神州美,重彩高分山水情》,分别包括新疆昌吉州呼图壁县山谷“大地的‘肌肉’”、吐鲁番鄯善县罗布泊镇“大地在‘倾听’”、甘肃酒泉阿克塞县附近“大地的‘年轮’”、敦煌附近“游弋在戈壁滩上的‘水母’”、青海湖畔东北角“湖中之‘吻’”、甘肃庆阳市正宁县崇山峻岭“山河相间显‘秋颜’”、陕西延安黄陵县洛河“高原九曲十八弯”、山东东营河口区海滩“海滩利用展宏图”、新疆和田墨玉县“沙漠中的绿洲”、山西长治市附近“大地上的‘红叶’”。
2.高分2号(GF-2)卫星升空使中国民用遥感卫星进入亚米级“高分时代”
2014年8月19日11时15分,高分2号卫星分辨率优于1米卫星影像可在遥感集市平台中查询到,同时还具有高辐射精度、高定位精度和快速姿态机动能力等特点。标志着中国遥感卫星进入亚米级“高分时代”。
“高分二号”卫星的研制在很多方面实现了技术突破:实现了米级空间分辨率,成为我国首个具有米级分辨率的卫星;攻克了长焦距、轻型相机及卫星系统设计难题;突破了高精度高稳定度姿态机动,能在180秒内做到侧摆正负35度。
此外,“高分二号”还采用了高速的对地传输手段,这样既保证高分辨率成像,又能及时下载数据,处理后提供给用户使用;实现了复杂的天地一体化处理图像;提升了低轨道遥感卫星长寿命高可靠性能;国产化率达到98%,主要部件、关键单机全部实现国产化。
3.高分三号(GF-3)推出相控阵雷达成像卫星
2015年5月26日,1米分辨率C波段多极化SAR成像卫星工程研制初样转正样阶段评审获得通过,卫星计划2016年3月完成正样研制,具备出厂发射条件。高分三号是一颗具备高分辨成像能力的C波段多极化合成孔径雷达(SAR)成像卫星,是我国国家科技重大专项(高分专项)“高分辨率对地观测系统重大专项”的研制工程项目之一,是高分专项(民用)中唯一的相控阵雷达成像卫星,也是我国首颗C频段多极化高分辨率微波遥感卫星。GF-3卫星能够全天候和全天时实现全海洋和陆地信息的监视监测,并通过左右姿态机动扩大对地观测范围和提升快速响应能力。
中国首颗新一代北斗导航卫星升空
4.高分四号(GF-4)推出地球静止轨道光学成像卫星
高分四号卫星是地球同步轨道卫星,在时间上非常有优势,在气象、应急救灾等方面都有很高的应用价值。在环保领域,也能真正实现“实时”监测的目标。高分四号卫星工程由卫星、运载火箭、发射场、测控、地面、应用六大系统组成。目前,卫星、运载火箭已按照研制流程,完成了设计、生产、试验及出厂前的各项准备工作,性能指标满足研制总要求。其他系统也已做好前期各项准备工作,具备执行发射任务的能力。
高分四号卫星为地球静止轨道光学成像卫星,技术指标先进,具备可见光/中波红外成像能力,将为灾害风险预警预报、林火灾害监测、地震构造信息提取、气候变化预测等提供有力支撑,服务经济社会发展。与之前的高分系列卫星相比,高分4号是在高度3.6万公里的地球同步轨道运行,可观测的面积大,而且还能长期对某一地区固定观测。由于GF-4是地球同步轨道卫星,在时间上非常有优势,在气象、应急救灾等方面都有很高的应用价值。在环保领域,也能真正实现“实时”监测的目标。其分辨率在50米以内,每十多分钟便能获取一幅图像,将在减灾防灾、环境保护等方面起到重要作用。
5.高分五号(GF-5)卫星红外甚高光谱探测仪研制取得新进展
2015年5月10日,高分五号卫星大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪鉴定产品进入热真空试验阶段。这意味着相机完成了鉴定阶段的全部验证工作,为后续整星联试和转正样奠定了坚实基础。
大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是高分五号卫星的主载荷之一,也是我国首个星载超高光谱掩星探测载荷,通过对温室气体、臭氧等成分和浓度的探测,为气候变化研究和大气环境监测提供科学依据。目前,该载荷研制过程中的全部核心关键技术均已通过试验验证。规划中的卫星性能非常高,朝着高空间分辨率和光谱分辨率发展,在时间分辨率上也有很好的表现。尤其1m分辨率的C-SAR传感器,以及GF-5的高光谱传感器,据说高光谱传感器的空间分辨率能达到10米,非常具有实用价值。
6.高分七号(GF-7)推出光学立体测绘卫星
我国计划于2018年发射高分七号卫星。“高分七号”是光学立体测绘卫星,将在高分辨率立体测绘图像数据获取、高分辨率立体测图、城乡建设高精度卫星遥感和遥感统计调查等领域取得突破。高分专项将构建覆盖大气、陆地、海洋,时空协调、稳定运行的国家高性能对地观测系统,以满足经济建设、社会发展相关需求,并促进我国空间信息产业链形成,加快推动相关应用产业发展。
7.高分八号(GF-8)卫星为“一带一路”战略实施等提供信息保障
2015年6月26日,高分八号卫星成功发射升空。高分八号卫星是高分辨率对地观测系统国家科技重大专项安排的光学遥感卫星,主要应用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”建设等提供信息保障。
8.高分九号(GF-9)卫星,高分辨率对地观测系统光学遥感卫星
2015年9月14日,中国将高分九号卫星送入太空。高分九号卫星是中国高分辨率对地观测系统科技重大专项安排的一颗光学遥感卫星,地面像元分辨率最高可达亚米级,主要应用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”建设等国家重大战略实施和国防现代化建设提供信息保障。能够对地球全天候观测,不受云雨天气的影响;高分高光谱卫星具备大气环境监测能力,在当前空气污染严重的情况下,可为治理环境顽症提供支持。
此外,2014年8月发射的“世界观测-3”卫星。它是目前全球分辨率最高的商业遥感卫星,全色分辨率0.31米。
9.明年将发射0.5米级高分商遥卫星
2015年9月,经财政部批准集团公司成立北京四维商遥航天科技有限公司,将为全球用户提供以高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱观测能力的全天候对地观测的遥感数据服务和应用系统解决方案服务,以及针对国土资源调查、测绘、国防安全、环境监测、金融保险以及互联网行业的增值服务。
据介绍,截至目前,航天科技集团累计研制发射了通信、导航、遥感、科学实践等各类卫星215颗,在轨稳定运行122颗。其研制的长征系列运载火箭已完成215次发射任务。2022年左右将建成一个“16+4+4+X”,即由16颗0.5米分辨率光学卫星、4颗高端光学卫星、4颗微波卫星以及多颗视频高光谱等微小卫星组成的0.5米级高分辨率商业遥感卫星系统,并将于2016年年底前执行首次发射。
中国高分卫星太空中拍抗战阅兵
高分建功国民经济和国防建设
据专家介绍,在高分辨率遥感卫星数据方面,过去我国几乎全部依靠从国外购买,平均每购买一景数据大约要花费一万元,而且数据不自主、不可控。随着高分专项的实施,去年已发布高分一号数据超过150万景;高分二号数据也将于近期正式发布,意味着具有极大精细化监测和产业应用价值的亚米级遥感卫星数据将进入市场,带动我国遥感卫星数据应用水平进一步提高。再加上资源三号、中巴资源卫星等数据,我国遥感卫星数据已经丰富多样,过去依赖国外的局面已得到根本扭转。
9月3日,纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年大阅兵在天安门广场举行。资源卫星中心针对此次盛事,综合调度在轨卫星,9月1日至3日连续三天持续观测首都北京天安门附近区域,共计安排5次高分辨率卫星成像。在阅兵当日,高分二号卫星、资源三号卫星及实践九号卫星实现三星联合、密集观测,捕捉到了阅兵现场精彩瞬间。
为了保证卫星准确拍摄天安门及周边区域,提高数据处理效率,及时制作合格的光学产品,资源卫星中心运行服务人员从卫星观测计划制定、复核、优化到系统运行保障、光学产品图像制作,提前进行了周密部署,并拟定了应急预案,为圆满完成既定任务奠定了基础。
二、造福人类生活的“高分”科技
造福之一,高分实现国土资源立体监测
坚守18亿亩耕地红线,解决国土资源无序开发、矿难频发、土地违法屡禁不止等监管难题,一直是国土资源管理部门的一块心病。
传统调查监测手段周期长、效率低,效果不尽如人意,难以满足当前高速的经济社会发展节奏所带来的管理需求。而卫星遥感成为国土资源管理不可或缺的技术手段,迫切需要构建“天上看、地上查、网上管”监管体系,实现以图管地、以图管矿的立体监管系统。
同时,根据国家规划,未来五至十年间,土地利用动态遥感监测、土地利用现状调查、土地利用更新调查、基础地质遥感调查、矿产资源遥感调查与评价、矿山环境与地质灾害遥感调查与监测等以遥感卫星为技术基础的各项工作都将全面启动。
在这一背景下,高分一号卫星的研制和应用,必将为我国国土资源调查、监管、利用提供强大的数据图像支持,其高空间分辨率和高时间分辨率完美结合的应用优势,也将得到实质性的凸显。
高分二号卫星成功发射
造福之二,高分支撑农业监测
上个世纪60年代以来,一方面,空间遥感技术快速发展;而另一方面,粮食安全预警、农产品贸易、农产品补贴等对粮食信息的需求日益强烈。于是,国际上相继开展了农业遥感监测技术研究与业务系统的建立,现如今,遥感技术已经广泛地应用到作物面积监测、长势监测、估产、灾害监测、农业环境监测与评价、土壤监测、精准农业、渔业等农业的各个领域,高分辨率卫星遥感图像成为农业遥感应用的主要数据源。
作为世界粮食大国,我国在农业遥感应用领域,可利用的卫星要么是空间分辨率不足以支撑农业监测,要么是卫星数据获取的周期太长,致使农业方面在高分辨率卫星遥感图像的数据需求与实际可利用的图像数据之间,存在一个不小的鸿沟。
而高分卫星的研制和应用,将在我国农情遥感监测水平和技术能力的提高、农情遥感监测范围的拓展、农业遥感监测信息安全建设等方面发挥巨大作用。
造福之三,大幅改善环境监测
原本春意盎然、绿草如茵的阳春季节,却屡屡遭受空气污染的影响,挥之不散的雾霾挑战着人们的脆弱神经;河流水污染,饮用水问题频频曝光,让人忧心忡忡……
目前,我国环境形势仍然十分严峻,今后一个时期,环境治理与保护、监督执法与履行国际环境公约任务十分繁重,这都要求大力发展卫星遥感监测技术。
高分卫星的高分辨率图像产品将利用到开展大型水体水环境、区域环境空气、宏观生态环境、重大环境污染事故与环境灾害、核安全、生物多样性等遥感监测业务应用工作,在进一步提高我国环境监测和保护能力的功劳簿上,将记上高分辨率对地观测卫星一笔。
造福之四,助力减灾救灾
专家表示,高分辨率对地观测系统国家科技重大专项的实施,将全面提升中国自主获取高分辨率观测数据能力,推动卫星及应用技术的跨越发展,保障现代农业、防灾减灾、资源环境、国家安全等重大战略需求,支撑国土调查与利用、地理测绘、海洋和气候气象观测、水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理、疫情评估与公共卫生应急、地球系统科学研究等重点领域应用需求,加快推动中国空间信息产业发展。
除助力抗震救灾之外,高分卫星还将广泛应用到电子政务应用业务、主体功能区规划、城乡建设、交通基础设施规划与建设、水利基础产业、国家统计遥感业务、森林资源和生态环境监测和评价、地震构造调查和地震快速响应、天基气象预报、海洋环境监测、测绘遥感、应急响应、首都圈政府事务管理以及新疆地区环境监测和维稳应急响应等方面,为社会建设作出贡献。
未来,高分辨率对地观测卫星的发展趋势之一就是要进一步提高空间分辨率,采用分布式星座缩短卫星的重访周期;其次,要继续扩大视场宽度,提高卫星的时间分辨率;再次,积极发展小型、低成本和可应急发射的军民两用高分辨率对地观测卫星,建造两用卫星混编星座,提高对地观测效率等等。
三、“十二五”高分卫星研究形成新的军民融合产业形态
“十二五”期间,航天研究院及各军民结合研究所厂在军民融合发展方面进行了大量有益的探索和实践,形成了宇航业务和航天技术应用产业两大军民结合产业格局,取得了可喜的成果,形成新的军民融合产业形态。
据介绍,在宇航业务领域,航天研究院打破了军民分离的鸿沟,实现了军星与民星、国际商业卫星在同一平台和生产线,由同一队伍,基于相同资源,设计、研制、生产制造和运营维护全链路环节的融合和共享。
航天研究院通过宇航技术成果转化、二次开发、行业推广应用等形式形成的航天技术应用产业领域产品已形成一定规模,业务领域不断聚焦,确定卫星应用、电子信息、高端装备三大业务板块及四条产业链,进一步提升了产业聚焦度和核心竞争力。而且航天技术应用产业经济总量不断攀升,产业收入从2007年的21.1亿,增长至2013年的90.7亿。对研究院贡献率由2007年的21.7%上升到2013年的36.5%,成为支撑研究院经济发展的重要力量。不仅如此,航天研究院大力推动军用技术向民用领域转化应用,基本形成了军民市场并举、宇航主业和航天技术应用产业并举的军民融合发展态势。在传统宇航业务以外,研究院层面设立航天技术应用产业产品孵化资金,推动航天技术向市场转化应用,加快航天技术应用产业优势产品孵化,推动项目与市场衔接和产业化进程。中国卫星围绕卫星应用、神舟投资围绕工业控制与新能源、航天生物围绕空间生物的三个院级公司,各所厂围绕各自技术优势组建专业公司,进一步构建了技术转化、产品孵化、资本运作和产业化发展平台,初步打通了技术、产品、产业化的发展途径。不久前,工信部副部长兼国防科工局局长、高分专项工程领导小组组长许达哲在介绍高分专项建设时说,亚米级遥感数据在国际遥感领域称为“黄金数据”,有着重要的应用价值和商业价值,不仅为我国经济建设、生态文明建设、民生安全保障和推进国家治理能力现代化起到信息支撑作用,同时对于信息应用企业开展商业化信息增值服务、开拓国际市场、推动空间信息产业发展等方面也具有重要意义。(未完待续)