2015年全球民商用对地观测卫星发展回顾

龚燃 （北京空间科技信息研究所）



2015年全球民商用对地观测卫星发展回顾

2015 Year in Review：
Global Civilian and Commercial Earth Observation Satellites

龚燃 （北京空间科技信息研究所）

2015年，全球共发射了73颗民商用对地观测卫星，其中2颗卫星已经失效，1颗部分发射成功，14颗商业对地观测小卫星还未释放，目前在轨运行56颗。从整体来看，2015年民商用对地观测卫星发射活动较2014年下滑幅度较大，这主要归因于新兴商业小公司发射数量的减少。2015年民商用对滴观测卫星的主要发射活动集中在美国，共发射了47颗，中国发射了14颗，欧洲发射了6颗，新加坡发射了2颗，俄罗斯发射了2颗，韩国和印度尼西亚各发射了1颗。从卫星类型来看，光学对地成像卫星数量最多，为56颗，其余17颗均为环境探测卫星，其中气象环境探测卫星6颗，海洋环境探测卫星4颗，其他环境探测卫星7颗。从用途来看，大部分为商用对地观测卫星，达54颗，民用对地观测卫星19颗。

2015年全球民商用对地观测卫星发射统计（按国家）

2015年全球民商用对地观测卫星发射统计（按类型）

1 美国

2015年，美国共发射了47颗民商用对地观测卫星，除去失效的鸽群－1d'（Flock－1d'）卫星，以及还未释放的2颗鸽群－2b和12颗鸽群－2e卫星，目前在轨运行31颗。这31颗卫星中仅有1颗民用卫星，其余30颗均为商用卫星。整体来看，一方面，美国进一步发展新兴商业对地观测卫星系统；另一方面，美国积极研制和部署新一代民用对地观测卫星。此外，2015年，美国在探索采用商业气象数据方面也有了重要进展。

行星实验室公司积极发射后续卫星星座

2015年，美国行星实验室公司（Planet Labs）积极部署“鸽群”系列后续卫星，扩展对地观测纳卫星星座规模，2015年共发射了4次共计38颗“鸽群”卫星，其中第3次的8颗鸽群－1f卫星因火箭爆炸而发射失败。鸽群－1d'、1e和2b卫星和之前发射的“鸽群”系列卫星一样，均为3U立方体卫星，尺寸为10cm×10cm×34cm。卫星采用标准化平台，对陆地连续开机的工作模式，部署成本低，大规模星座能够实现覆盖区域内的近实时覆盖，寿命5～6个月。卫星载有1台高分辨率相机，分辨率3～5m。通信分系统包括甚高频（VHF）无线电信标和S频段调频扩频调制解调器，S频段无线链路数据率115kbit/s。

探索气象卫星商业化发展，启动部署商业气象小卫星星座

2 0 1 5年9月，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发布了一份商业气象数据政策草案，以规范商业气象卫星数据的使用，希望从能够提供满足政府数据标准的商业运营卫星和仪器方采购气象数据。2015年10月，白宫也披露了一份《空间天气行动计划》，要求相关政府机构，包括美国国家海洋和大气管理局、美国航空航天局（NASA）、美国空军和国家科学基金会等，设计采集空间天气数据的方法，并在制定未来的长期观测计划中考虑使用商业数据，用于空间天气预报。

测试中的美国狐猴－2卫星

此外，2015年9月28日，以“卫星数据公司”自称的美国斯派尔公司（Spire）发射了由4颗“狐猴”（Lemur）卫星组成的商业气象小卫星星座，包括狐猴－2乔尔（Lemur－2Joel）、狐猴－2彼得（Lemur－2Peter）、狐猴－2杰伦（Lemur－2Jeroen）和狐猴－2克里斯（Lemur－2Chris）。“狐猴”卫星基于3U立方体卫星设计，该星座将为政府和商业用户采集气象数据，并提供相关数据分析服务，极大地改善了气象预报准确性。“狐猴”卫星采用GPS无线电掩星技术获取气象数据，即利用获取的大气层温度、压力和湿度垂直分布数据，将这些数据输入气象预测模型来实现气象预测。斯派尔公司计划在接下来的2.5年时间里，将星座规模扩展至100颗以上。届时，斯派尔公司会继续用更先进的卫星更新星座，每隔6个月就把1/4的现役卫星替换掉，以保持技术更新和全星座运行能力。

环境监测卫星进入更新换代的密集期

2015年，多颗在轨服役数年的环境监测卫星失效，由后续卫星继续执行更高精度的测量任务。同时，2015年，NASA仍然保持对天基环境监测的关注，继续执行“10年调查”任务计划，发射了“土壤

湿度主动-被动探测”（SMAP）卫星。

美国“土壤湿度主动-被动探测”卫星在轨飞行示意图

2015年4月，在轨服役18年（超期服役15年）后，1997年发射的“热带降雨测量任务”（TRMM）失效，2015年6月再入地球大气层。“热带降雨测量任务”卫星的后续任务——“全球降雨观测”（GPM）卫星已于2014年2月27日发射，该卫星将降雨测量的区域由原来的热带区域扩展到了全球范围，并可对高纬度地区降雨量进行观测，提供更频繁、更丰富的全球水文循环信息。

2015年6月8日，由于星上电源和姿态控制系统的关键部件—远程终端单元发生故障而停止运行，2011年发射的宝瓶座/科学应用卫星－D （Aquarius/SAC－D）卫星正式退役。该卫星的失效对海洋表面盐度数据采集的连续性有很大影响，其后续数据由2015年1月发射的“土壤湿度主动-被动探测”卫星采集。（详情请看本刊2015年第1期）

2015年9月2日，“土壤湿度主动-被动探测”卫星星载散射计发生故障，不能再传回数据。尽管如此，星载辐射计仍正常工作，提供有价值的地球系统科学研究数据。

2 中国

2015年，中国民商用对地观测卫星领域取得了重大进展，共发射卫星14颗，用于国土资源普查、防灾减灾等领域。这14颗卫星中，除了高分－4（GF－4）卫星外，其他均为小卫星，包括吉林－1卫星、希望－2（XW－2）小卫星星座、浦江－1（Pujiang－1）卫星、上科大－2（STU－2）小卫星星座等。

高分－4卫星于2015年12月29日发射，是中国首颗地球静止轨道光学成像卫星，地面分辨率50m，定位于105.6°（E），对中国及周边地区进行近适时观测。

吉林－1卫星是中国自主研发的高分辨率商业对地观测卫星，由4颗卫星组成，包括1颗主星、1颗“灵巧”（Lingqiao）成像验证星、2颗“灵巧”成像视频星。2015年10月7日发射吉林－1A光学卫星（主星）、灵巧－A和B成像视频卫星。吉林－1A卫星具备常规推扫、大角度侧摆、同轨立体、多条带拼接等多种成像模式，地面分辨率为全色0.72m、多光谱2.88m，广泛应用于农林等资源管理、环境监测、土地规划、地理测绘等多个领域。

3 欧洲

2015年，欧洲发射了6颗民商用对地观测卫星，包括“哥白尼”（Copernicus）计划的首颗哨兵－2A （Sentinel－2A）光学卫星、欧洲“第二代气象卫星”（MSG）中的最后一颗第二代气象卫星－4、英国的灾害监测星座－3（DMC－3，又叫北京-2）等。

欧洲“哥白尼”计划稳步推进，专用“哨兵”卫星陆续部署就位

2015年可以说是“哥白尼”计划的稳步推进阶段：首颗专用卫星哨兵－1A进入业务化运行，开始全面提供服务；首颗光学成像卫星哨兵－2A成功发射；下一颗哨兵－3A卫星计划于2016年初择机发射；同时，后续的哨兵－6卫星合同也顺利签署。

欧洲第二代气象卫星－4

欧洲哨兵－2A卫星

2015年6月23日，哨兵－2A搭乘“织女星”（Vega）火箭从法属圭亚那库鲁航天发射中心发射。“哥白尼”计划规划了2颗相同的哨兵－2卫星，即哨兵－2A和2B。2颗卫星由欧洲委员会和欧洲航天局（ESA）共同实施，用于全球高分辨率和高重访能力的陆地观测，包括农业、森林、陆地使用变化，以及陆地覆盖变化；生物物理变化制图，如叶绿素含量、叶片含水量、叶面积指数；监测海岸和内陆水域；风险和灾害制图等，以保持斯波特－5 （SPOT－5）和陆地卫星－7（Landsat－7）卫星数据的连续性。哨兵－2A由阿斯特留姆德国公司[现在的空客防务与航天公司（ADS）]研制，卫星发射质量1200kg，设计寿命7年。卫星载有一台13个通道的多光谱相机，光谱分辨率15～180nm，可见光分辨率10m，近红外分辨率20m，短波红外分辨率60m，成像幅宽290km，每轨最大成像时间40min。迄今，哨兵－2A已获取了大量多光谱成像图，充分展示了测量要素的精美细节信息，被证明性能已经超出预期。ESA的海洋学家表示，哨兵－2A获取的关于生物活动多光谱图像的分辨率比目前许多现役海洋观测卫星都要高，可以更好地支持水产养殖和旅游观光业的发展。（详情请看本刊2015年第8期）

哨兵－6卫星又称贾森－CS（Jason－CS）卫星，是“贾森”系列卫星后续计划。2015年5月12日，ESA与空客防务与航天公司签署了哨兵－6价值1.77亿欧元的研制合同。该卫星是一项开展高精度海洋表面地形测量的卫星任务，计划于2020年发射。哨兵－6质量约1000kg，计划运行轨道高度为1300km，设计寿命5.5年。卫星基于“冷卫星”（CryoSat）研制，主承包商为空客防务与航天公司，泰雷兹-阿莱尼亚航天法国公司（TAS）负责研制雷达高度计，测高精度达厘米级。NASA喷气推进实验室（JPL）和美国国家海洋和大气管理局将提供其他测量设备。

萨瑞卫星技术公司成功发射“第三代灾害监测星座”

2015年7月10日，“第三代灾害监测星座”卫星由印度“极轨卫星运载火箭”（PSLV）从萨提斯达瓦航天中心成功发射。“第三代灾害监测星座”由3颗卫星组成，运行在高630km、倾角97.8°的太阳同步轨道。卫星质量约350kg，设计寿命7年，采用萨瑞卫星技术公司（SSTL）的SSTL－300S1卫星平台。3颗卫星位于同一轨道平面，星座对地球任意位置重访周期为1天。卫星载有甚高分辨率成像仪－100（VHRI－100），全色分辨率1m、多光谱分辨率4m。卫星具有沿轨、穿轨方向的立体成像能力，单星每日图像采集面积达1.0×105km2。在长条带成像模式下，条带成像距离高达4000km。

“第三代灾害监测星座”采用与前两代不同的卫星应用模式，中国21世纪空间技术公司（21AT）已租赁“第三代灾害监测星座”100%的成像能力，租期7年。萨瑞卫星技术公司作为卫星制造商，在卫星星座设计中需满足21AT公司提出的观测需求。在新的卫星应用模式下，21AT公司不用负责卫星的发射和运控，仅负责“第三代灾害监测星座”的计划执行和编程任务，获得时效性强、分辨率高的卫星图像，并节省了经费。

英国“第三代灾害监测星座”

“第三代灾害监测星座”发射后，萨瑞卫星技术公司开始寻找有意愿购买第4颗“第三代灾害监测星座”卫星的国家。21AT公司将利用第4颗卫星的能力提供在轨备份，而第4颗卫星的所有者将获得整个星座的访问许可。（详情请看本刊2015年第7期）

欧洲气象卫星系统即将向新一代过渡，与美国联手增强国际气象共享业务

2015年，欧洲现役的“第二代气象卫星”系列全部发射完毕，下一代地球静止轨道卫星项目进展顺利。欧洲新一代气象卫星将具有更先进的气象观测技术，提供更全面、精度更高的气象数据和产品。此外，为进一步提高天基气象观测能力，欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）与美国NOAA签署了“联合极轨系统”（JPS）协议，增强国际合作，共享气象业务。

吊装欧洲第二代气象卫星－4

2015年7月15日，欧洲“第二代气象卫星”系列中的最后一颗卫星—第二代气象卫星－4搭载阿里安－5（Ariane－5）运载火箭发射。在调试结束之后，第二代气象卫星－4将更名为气象卫星－11（Meteosat－11）并保存在轨道上，直至它取代其前任，以确保下一代—“第三代气象卫星”（MTG）投入运行前的气象数据连续性。2015年7月26日，ESA将第二代气象卫星－4的控制权移交给了欧洲气象卫星组织。

2015年12月，欧洲气象卫星组织和美国国家海洋和大气管理局签署了一项关于“联合极轨系统”的协议，计划在2020－2040期间共享来自2个轨道卫星的观测数据。这项协议将成为欧洲气象卫星组织与美国国家海洋和大气管理局战略合作的新里程碑，为欧洲、美国和全世界的气象团体带来可观的利益。按照该协议，双方将建立和运行一个由欧洲气象卫星组织的气象业务－SG（MetOp－SG）卫星、美国国家海洋和大气管理局的“联合极轨卫星系统”（JPSS）组成的极轨系统，共享地面系统和服务。联合运行将包括数据采集的交叉支持，以及通过欧洲和美国的斯瓦尔巴特群岛（Svalbard）、斯匹次卑尔根群岛（Spitzbergen）、麦克默多（McMurdo）和南极洲的地面站对飞行器的监测。气象业务－SG和“联合极轨卫星系统”将继续分别运行在上午轨道和下午轨道，对全球进行更加快速的观测，广泛测量气候、大气成分、海洋和地面等要素，以进一步改善天气预报的能力。

4 俄罗斯

2015年，俄罗斯发射了2颗民商用对地观测卫星，其中老人星－ST（Kanopus－ST）卫星由于火箭分离系统故障而部分发射成功，只有电子－L2 （Elektro－L2）气象环境探测卫星发射成功。

电子－L2于2015年12月11日发射，属于电子－L系列卫星的第2颗。电子－L系列卫星为电子－1的后续型号，是俄罗斯发展的第二代地球静止轨道气象卫星，主承包商为俄罗斯拉沃奇金科研生产联合体（NPO Lavochkin）。电子－L2的预定轨道为14.5°（W），而2011年1月发射的首颗电子－L1定位于76°（W）。电子－L主要有效载荷包括：多光谱扫描仪、太阳物理敏感器、星载数据采集系统和地球静止轨道搜索与救援系统。其主要用途包括：提供大气多谱段图像和水文气象数据，利用卫星全盘覆盖提供地球表面图像；收集日球层、电离层和磁层的数据；利用地面段设备对所有数据的传输和交换提供必需的通信服务；为地面段数据采集平台（DCP）提供数据收集服务，并且提供搜索和救援服务。

俄罗斯电子－L2结构图

5 其他国家或地区

韩国

韩国多用途卫星－3A于2015年3月25日升空，发射质量约1100kg，直径2m，高3.8m，整星功率1.4kW，设计寿命4年。卫星运行于高528km的太阳同步轨道，降交点地方时为13：40。卫星有效载荷为德国研制的先进地球成像系统－A（AEISS－A）相机，该相机为推扫成像相机，采用同轴科尔斯（Korsch）反射成像系统，5块反射镜均由微晶玻璃制造，镜片支撑结构由碳纤维增强复合材料制造。卫星成像幅宽12km，全色谱段范围450～900nm，分辨率0.55m；多光谱谱段范围450～520nm、520～600nm、630～690nm和760～900nm，分辨率2.2m；红外谱段范围3～5μm，分辨率5.5m。其中，红外探测器采用碲镉汞焦平面，由脉管制冷机冷却在80K的工作温度。

韩国多用途卫星－3A卫星在轨飞行示意图

新加坡

2015年，新加坡2颗民商用对地观测卫星升空，即完美－1（TeLEOS－1）光学成像卫星和肯特里奇-1（Kent Ridge－1）小卫星。

完美－1是新加坡首颗商业对地观测卫星，于2015年12月16日搭乘印度空间研究组织（ISRO）的“极轨卫星运载火箭”（PSLV）成功发射。完美－1由新加坡新科电子卫星系统公司（ST Electronics）与新加坡南洋理工大学共同负责设计和研制，质量约400kg，运行在高550km、倾角15°的太阳同步轨道。卫星平台具有敏捷机动能力，角速度为2.5（°）/s，卫星携带一个空间分辨率为1m的全色相机，幅宽达12km，测控链路采用S频段，下行数据传输采用X频段，设计寿命5年，用于灾害与环境监测、海事航线安保、城市规划及国土安全等。

肯特里奇-1是与完美－1一同发射的一颗小卫星，由新加坡国立大学研制。肯特里奇-1卫星质量约78kg，搭载2个主载荷：一台中分辨率近红外高光谱相机（地面采样距离为44m）和一台短波红外高光谱相机（地面采样距离为110m）。此外还搭载了一个次级载荷，是一台实时的高分辨率（6m）视频相机。通信模式上，遥测链路采用特高频（UHF），下行数据传输采用X频段。

新加坡首颗商业对地观测卫星完美-1

印度尼西亚

2015年，印度尼西亚的1颗民用对地观测卫星升空。

2015年9月28日，印度尼西亚的国家航空航天研究所－A2（LAPAN－A2）卫星由印度极轨卫星运载火箭－XL从提斯达瓦航天中心发射升空。该卫星由印度尼西亚国家航空航天研究院（LAPAN）于2012年开始研制，是2007年发射的“印度尼西亚国家航空航天研究所-柏林技术大学卫星”（LAPANTUBSAT）的后续星。印度尼西亚国家航空航天研究所－A2卫星轨道高度650km，质量68kg，星上携带了视频相机组件、自动识别系统（AIS）等载荷。其中，视频相机组件分辨率6m，由2台相机组成，第1台相机与“印度尼西亚国家航空航天研究所-柏林技术大学卫星”上的一样，第2台相机可进行数字输出。自动识别系统可用于识别印度尼西亚水域的船舶。

6 结束语

2015年，全球民商用对地观测卫星的能力进一步提升。在民用对地观测领域，各国均在致力于发展其新一代卫星系统，在保持数据连续性的基础上，试验和开发新技术，提高数据性能，以更加适应未来科技的发展和需求的增加。环境探测卫星愈加受到重视，已成为人类解决资源、环境、人口和灾害等问题不可缺少的重要手段。各国在按计划发展后续卫星的同时，也在积极探索新概念和新技术，开发针对特定细分领域的专用环境探测卫星。在商业对地观测领域，美国天空盒子成像公司（Skybox Imaging）、美国行星实验室公司和加拿大地球直播公司（UrtheCast）作为国外初创商业对地观测公司的典型代表，均已在各自新型对地观测卫星系统的部署和产品销售方面获得重要进展，新兴的商业小卫星技术、全新的卫星应用以及颠覆性的商业运营模式发展更加迅猛。全球覆盖能力的继续提高、市场规模的极速扩大，促使商业对地观测卫星市场发生着巨大变革。