国外民商用对地观测卫星发展回顾

徐冰 龚燃 何慧东（北京空间科技信息研究所）

国外民商用对地观测卫星发展回顾

2016 Year in Review: Foreign Civilian and Commercial Earth Observation Satellites

徐冰 龚燃 何慧东
（北京空间科技信息研究所）

2016年，国外共进行了17次民商用对地观测卫星发射，成功将79颗卫星送入轨道（46颗由火箭直接发射入轨，25颗从“国际空间站”释放，8颗随飞船再入释放），另外1颗随飞船再入释放失败。从整体来看，2016年，民商用对地观测卫星发射次数和发射数量都较2015年有所增加，这主要归因于新兴商业图像供应商发射的微纳卫星数量的增多。

2016年国外民商用对地观测卫星发射活动概览

1 卫星发射与在轨统计

在卫星发射方面，主要集中在美国，共发射了62颗，欧洲、印度各发射了4颗，阿根廷、阿尔及利亚各发射了2颗，俄罗斯、日本、朝鲜、菲律宾、印度尼西亚、加拿大各发射了1颗。从卫星类型来看，光学对地成像卫星数量最多，为49颗，雷达对地成像卫星1颗，环境探测卫星共30颗（其中气象环境探测卫星16颗，海洋环境探测卫星3颗，其他环境探测卫星11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26颗。

截至2016年底，国外共有245颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中，美国119颗，欧洲40颗，俄罗斯8颗，日本13颗，印度19颗，其他国家46颗。美国仍是拥有民商用对地观测卫星最多的国家，并且在数量和能力上占有绝对优势。

从卫星类型来看，截至2016年底，国外在轨运行的光学对地成像卫星共有142颗、雷达对地成像卫星13颗、气象环境探测卫星50颗、海洋环境探测卫星6颗、其他环境探测卫星34颗。由此可见，光学对地成像卫星数量最多，主要因为美国发射了大规模的商业光学对地成像小卫星星座。

从卫星用途来看，截至2016年底，国外在轨运行的共有民用对地观测卫星139颗，约占57%；商用对地观测卫星106颗，约占43%。相比2015年36%的比例，2016年商用对地观测卫星无论是从绝对数量上还是占比上，都有所提高。可以看出，商业化是民商用对地观测领域的一个发展趋势。

2016年，国外民用和商用两大类对地观测卫星的方向愈加清晰、特点愈加分明∶民用对地观测卫星普遍进入更新换代阶段，下一代卫星系统性能更加优异，应用更为广泛和综合；商用对地观测卫星以新兴商业对地观测公司发展的商业小卫星星座最为活跃，在轨星座规模不断扩大，同时更多的初创公司提出发展新型的商业遥感小卫星星座。从国家维度来看，2016年，美国、欧洲、俄罗斯、日本和印度等国家/地区都部署了新一代对地观测卫星系统，其他新兴国家通过合作提高本国的对地观测卫星研制能力。

2 各国民商用对地观测卫星发展回顾

美国

2016年，美国共进行了8次民商用对地观测卫星发射，成功发射61颗卫星，另外1颗释放失败。截至2016年底，美国共计有119颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中，光学对地成像卫星78颗，气象环境探测卫星25颗，其他环境探测卫星16颗。按用途划分，民用卫星29颗，商用卫星90颗。

截至2016年底国外民商用对地观测卫星在轨数量（左为按国家统计、右为按类型统计）

（1）数字地球公司按计划部署世界观测－4，同时进军小卫星对地观测市场

11月11日，美国数字地球公司（DigitalGlobe）成功发射世界观测－4，这是该公司的第2颗0.3m分辨率的光学成像卫星，其与世界观测－3具有相似的能力，2颗卫星部署在相同的轨道高度，提高重访概率。世界观测－4投入运行后，将进一步增强该公司在商业卫星遥感市场中的竞争力。与其他4颗卫星组成星座后，重访频次达4.5次/天，可保障对热点地区的高分辨率观测能力。

2016年2月，数字地球公司与沙特阿拉伯政府签订合作协议，联合研制光学对地观测小卫星星座，卫星数量至少6颗，分辨率优于1m，计划于2018年和2019年发射。该星座能够使用该公司现有的地面设施进行简易操作，并为该公司的地理空间大数据平台提供图像数据来源。

美国世界观测－4在轨飞行示意图

（2）商业遥感小卫星公司继续扩大在轨星座规模，新型星座继续涌现

2016年，行星公司（Planet）成功部署了32颗鸽群－2系列卫星，使“鸽群”在轨卫星数量达到55颗。鸽群－2均为3U立方体卫星，采用标准化平台，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，分辨率3～5m。

美国黑天全球公司的高分辨率光学遥感星座的首发星黑天探路者－1在轨飞行示意图

特拉贝拉公司（Terra Bella）加速星座建设步伐，2016年成功部署了5颗新一代天空卫星－C，具备0.9m全色分辨率、2m多光谱分辨率和视频成像能力。与上一代卫星相比，天空卫星－C质量增加至120kg，带有推进系统，设计寿命超过10年。

黑天全球公司（BSG）推出的由60颗小卫星构成的高分辨率光学遥感星座的首发星—黑天探路者－1于9月26日成功发射，质量44kg，设计寿命3年，带有推进系统，分辨率1m。该公司计划于2020年完成星座建设，届时可在90min内响应用户的成像需求。

美国斯派尔公司（Spire）成功部署了12颗狐猴－2卫星，另有1颗卫星在飞船再入过程中释放失败，目前共有16颗狐猴－2在轨运行。“狐猴”基于3U立方体卫星设计，采用GPS无线电掩星技术获取气象数据。斯派尔公司计划将星座规模扩展至100颗以上。除该公司外，美国地理光学公司（GeoOptics）和行星智能公司（PlanetiQ）等也提出了商用气象卫星系统发展计划。美国众议院军事委员会于2016年4月发布了一项国防部授权法案，将拨款300万美元，用于空军研判商业气象数据是否能够广泛满足国防部的气象需求。此次法案的提出将力促美国五角大楼加快步伐，将可用的商业数据应用于美国军方。

2016年12月，嘉佩乐航天公司（Capelle Space）提出将建设30颗合成孔径雷达（SAR）成像小卫星组成的星座，计划在未来3～4年内部署完成，星座将全天时、全天候提供每小时更新的全球图像数据，为商业用户提供价格可承受的、高时效性的高分辨率图像。该公司计划2017年发射首颗卫星，这将是美国首颗商业合成孔径雷达成像卫星。

（3）首颗第三代地球静止轨道气象卫星成功发射，探测能力更为先进

11月19日，美国新一代“地球静止环境业务卫星”系列的首颗卫星—地球静止环境业务卫星－R发射升空。该卫星是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）运行与管理的第三代“地球静止环境业务卫星”。与上一代相比，第三代“地球静止环境业务卫星”系列具有更高的空间分辨率和更快速的覆盖能力，可用于更精确的气象预报和闪电活动的实时制图，并提高了对太阳风暴活动的监测水平。第三代“地球静止环境业务卫星”共包括4颗卫星，待全部部署完毕后，美国国家海洋和大气管理局的地球静止轨道卫星气象数据获取能力将可持续至2036年。

美国地球静止环境业务卫星－R在轨飞行示意图

（4）研究机构和大学利用微纳卫星开展更广泛的科学研究

2016年11月11日，“拉文”随世界观测－4卫星一同发射，属于3U立方体卫星，由美国航空航天局（NASA）地球科学技术办公室资助，约翰霍普金斯大学研制，用于演示测量地球辐射不平衡所需的卫星技术。

2016年12月，NASA成功发射“飓风全球导航卫星系统”8星星座，这是NASA的首个科学小卫星星座，属于NASA“地球系统科学探路者”（ESSP）计划的一部分。该星座将通过测量此前未知的重要信息，深入认识热带气旋和飓风的形成以及强度，改善对飓风强度、轨迹和风暴潮的预报。

（5）陆地卫星－9开始研制，计划于2020年发射

2016年10月，NASA与轨道-ATK公司签订了陆地卫星－9（Landsat－9）的研制合同。根据合同，该公司将负责卫星研制、卫星集成、发射支持及初期轨道运行等。陆地卫星－9将基于该公司的低地轨道星－3（LEOStar－3）卫星平台研制，具有与陆地卫星－8相同的职责，作为美国陆地成像项目的重要组成部分，提供连续、长期的观测能力。

欧洲

2016年，欧洲共进行了4次民商用对地观测卫星发射，成功发射了4颗卫星，均为民用卫星。截至2016年底，欧洲共计40颗民商用对地观测卫星在轨工作，包括光学对地成像卫星11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10颗。按用途划分，民用卫星34颗，商用卫星6颗。

（1）欧洲“哥白尼”计划稳步推进，专用“哨兵”卫星陆续部署

汽侧调节通过调节暖风器的加热蒸汽量来调节空气预热器空气入口壁温。汽侧调节的蒸汽，比容大，容积通流量较大，调节阀的口径较大，调节阀的开关行程也较大，其调节精度较高。但由于蒸汽调节为节流调节，在减少蒸汽量的同时，蒸汽压力降低后，其对应的饱和温度也随之降低，节流造成热能损失后再进行传热，由此需要增大暖风器换热面积。另外，对于每台炉设2台暖风器的，由于蒸汽管道到2台暖风器的距离不同，阻力也相差较大，建议对每台暖风器各设一个调节阀，或者通过管道布置，把从汇合母管至每台暖风器的阻力相当，以便到2台暖风器的汽量相当。汽侧调节暖风器汽水去除氧器和去扩容器的系统图分别如图1、图2所示。

2016年，“哥白尼”（Copernicus）计划继续稳步推进，一方面按计划部署卫星，另一方面授出后续卫星研制合同，确保服务的连续性。

欧洲哨兵－3A（左）和哨兵－1B（右）在轨飞行示意图

2月17日，欧洲成功发射哨兵－3A。该卫星为全球海洋和陆地监测卫星，也是哨兵－3任务的首颗卫星，带有多种光学仪器和地形学仪器，获取地球表面的近实时测量数据，以及开放海域、海岸、冰盖、河流和湖泊的高精度测高数据。

4月25日，欧洲成功发射哨兵－1B，哨兵－1B与哨兵－1A性能相同，获取高分辨率和中分辨率陆地、沿海和冰的测量数据。哨兵－1双星相位相差180°，可在6天内覆盖全球，首次形成双星观测星座，生成的融合图像可用于探测地球断层发生的微小变化。

2016年初，欧洲航天局（ESA）分别和空客防务与航天公司（ADS）、泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）签订价值2.85亿欧元和4.5亿欧元的合同，这两家公司将继续为ESA研制2颗哨兵－2C/2D和2颗哨兵－3C/3D。此外，哨兵－1C/1D的合同已于2015年底完成签署，由泰雷兹-阿莱尼亚航天公司负责研制。每个系列的哨兵－C/D计划于2021年后开始发射，以保持数据的连续性。

（2）法国与美国联合研制的贾森－3海洋环境卫星成功发射

美法联合研制的贾森－3卫星在轨飞行示意图

1月17日，贾森－3海洋地形测量卫星搭乘猎鹰－9（Falon－9）运载火箭发射升空。贾森－3是贾森－2的后续任务，每10天可完成对全球95%表面的冰/海洋探测，提供更精确的气象预报数据。星上双频雷达高度计用于绘制海表地形图、计算海洋表面流速度、测量海浪高度和风速。

（3）德国再次发射火灾监测卫星

6月22日，德国航空航天中心（DLR）的“柏林红外光学系统”卫星成功发射，作为“火鸟”（FireBird）星座的一部分，主要目标是检测高温事件，如火灾、火山爆发等，还进行一系列技术演示。

9月15日，空客防务与航天公司宣布正在设计和建造由4颗相同的超高分辨率光学卫星组成的星座系统，计划于2020－2021年发射，用于接替“昴宿星”（Pleiades）星座，卫星性能略有提升。该星座完全由空客防务与航天公司投资、设计、建造和运行，能够实现地球上任意地点1天内重访，将面向未来市场的需求，为用户提供新应用，例如商业情报和分析等。

（5）欧洲研制全球首颗业务型P频段雷达卫星，计划于2021年发射

5月3日，空客防务与航天公司英国分公司宣布，将在ESA授予的一份价值2.29亿欧元（合2.6亿美元）的合同下，负责研制“生物量”（BIOMASS）卫星，其将成为全球首颗业务型P频段合成孔径雷达卫星。卫星采用“天体平台”（AstroBus）中型卫星平台，P频段合成孔径雷达载荷具有极化合成孔径雷达（PolSAR）、极化干涉合成孔径雷达（PolInSAR）和层析成像合成孔径雷达（TomoSAR）3种模式。

ESA的“生物量”卫星在轨飞行示意图

俄罗斯

2016年，俄罗斯仅发射了1颗资源－P3民用光学对地成像卫星。截至2016年底，俄罗斯共有8颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星5颗、气象环境探测卫星3颗。按用途划分，民用卫星7颗，商用卫星1颗。

资源－P3是一颗集全色、多光谱和高光谱成像能力的光学对地观测卫星，为俄罗斯自然资源与环境部、应急部门，以及农业、渔业、林业和气象等机构提供服务。卫星设计和载荷能力与资源－P1、P2基本相同，侧摆能力略有提高，最高分辨率1m。

日本

2016年，日本仅进行了1次民商用对地观测卫星发射，即向日葵－9民用气象环境探测卫星。截至2016年底，日本共有13颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星4颗、雷达对地成像卫星1颗、气象环境探测卫星3颗、其他环境探测卫星5颗。按用途划分，民用卫星12颗，商用卫星1颗。

向日葵－9是日本第三代地球静止轨道气象卫星，将在轨待机直至2022年，之后将接替向日葵－8提供气象观测服务。与上一代卫星相比，向日葵－9的可见光和红外谱段分辨率均提升了1倍，分别达到0.5km和2km；增加多光谱谱段；设计寿命达到15年；全球观测时间缩短到10min。

日本第二代地球静止轨道气象卫星向日葵－9在轨飞行示意图

印度

2016年，印度进行了4次民商用对地观测卫星发射，均为民用卫星。截至2016年底，印度共有19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、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”气象与通信共用卫星）、海洋环境探测卫星3颗、其他环境探测卫星1颗。这19颗卫星均为民用卫星。

经过2015年沉寂后，2016年印度在对地观测领域取得了较多的进展。一方面，多颗卫星换代部署，能力水平进一步增强。印度制图卫星－2C的发射，使印度光学成像能力进一步增强。12月7日发射的资源卫星－2A，在卫星构型和载荷能力方面与资源卫星－2基本相同，将为用户提供连续的数据服务。9月8日，印度发射了第二颗气象专用卫星—印度卫星－3DR，该卫星是印度卫星－3D的后续星，载有6通道成像仪和19通道探测仪气象载荷，获取的数据与美国国家海洋和大气管理局共享，换取美国的气象观测数据，加强印度的数据产品，缩短滞后时间。9月26日，印度发射了散射计卫星－1，用于接替海洋卫星－2（OceanSat－2）上的扫描散射计，在海洋卫星－3于2018年发射前提供连续服务。卫星获取的海洋表面风测量数据用于研究海洋-大气的相互作用、气候进化、飓风监测，跟踪植被、土壤湿度、极地海冰、移动冰山的变化，还用于气象业务模型等方面。

另一方面，通过国际合作发展卫星系统和技术。2016年7月，印度空间研究组织（ISRO）宣布正与NASA联合开发双频（L和S频段）合成孔径雷达成像卫星，命名为“NASA-ISRO合成孔径雷达”（NISAR），计划于2021年发射。该卫星获取的L和S频段数据可应用于众多领域，包括自然资源测绘和监测，评估农作物整个生长周期，评估土壤湿度，监测洪水和浮油，监测海岸侵蚀、海岸线变化和沿海水域风的变化，评估红树林，研究地表变化等。

其他国家或地区

2016年，其他国家或地区共进行了5次民商用对地观测卫星发射，发射了8颗民商用对地观测卫星，其中民用卫星6颗，商用卫星2颗。截至2016年底，其他国家或地区共有46颗民商用对地观测卫星在轨运行，其中光学对地成像卫星36颗、雷达对地成像卫星2颗、气象环境探测卫星6颗、其他环境探测卫星2颗。按用途划分，民用卫星38颗、商用卫星8颗。

（1）菲律宾首颗国产对地观测卫星成功发射

3月22日，美国“天鹅座”（Cygnus）货运飞船搭乘宇宙神－5（Atlas－5）火箭发射升空，将26颗对地观测微纳卫星送入“国际空间站”，其中包括菲律宾的首颗对地观测卫星蒂瓦塔－1，该卫星于4月27日释放入轨。

蒂瓦塔－1是菲律宾的首颗国产微卫星，由菲律宾研发人员在日本北海道大学和日本东北大学技术专家的指导下设计、开发并组装而成。该卫星最高分辨率3m，主要用于改进气象预测、灾害管理、采矿、保护历史遗址，以及维护菲律宾边境安全等。目前，菲律宾正在开发蒂瓦塔－2，计划2017年发射。

（2）印度尼西亚继续发射民用光学成像微卫星

6月2 2日，印尼国家航空航天研究所（LAPAN）研制的印尼国家航空航天研究所－A3（LAPAN－A3）微卫星发射升空。该卫星属于印尼国家航空航天研究所与柏林工业大学的微卫星项目，目的是培训印尼从事微卫星研发、制造和管理的工程人员。该卫星具有多光谱和视频成像能力，主要用于土地利用、自然资源和环境监测等领域。

（3）阿尔及利亚发射2颗民用光学成像后续星

9月26日，阿尔及利亚航天局（ASAL）的2颗“阿尔及利亚卫星”成功发射。阿尔及利亚卫星－1B为中分辨率光学对地成像卫星，由阿尔及利亚航天局和萨瑞卫星技术有限公司（SSTL）联合研制，是32m分辨率阿尔及利亚卫星－1A的后续任务，分辨率提高到12m。阿尔及利亚卫星－2B由空客防务与航天公司研制，全色分辨率2.5m，主要用于地图制作、农业管理、资源管理、环境监测和灾难管理等领域。

（4）朝鲜成功发射光明星－4，入轨后即失效，卫星技术仍不成熟

2月7日，朝鲜利用银河－3（Unha－3）运载火箭发射了光明星－4光学对地成像卫星，卫星由朝鲜国家宇宙开发局（NADA）研制，卫星入轨后开始姿态翻滚导致失效。据报道，卫星质量200kg，可能与光明星－3－2类似，带有对地观测载荷和无线电载荷。

（5）加拿大发射温室气体监测卫星

6月22日，温室气体卫星－D成功发射，该卫星是温室气体卫星公司（GHGSAT）和多伦多大学共同研制的微卫星，主要目标是演示适用于小型卫星平台的新一代温室气体监测载荷，主要观测二氧化碳和甲烷，后续卫星将观测氮硫氧化物。形成星座运行后，提供精度较高、成本低、近实时的数据产品。

（6）阿根廷卫星逻辑公司开始部署低成本、高分辨率商业遥感微纳卫星星座

5月30日，阿根廷卫星逻辑公司（Satellogic）发射了阿列夫－1（Aleph－1）对地观测小卫星星座的首批2颗业务卫星阿列夫－1和2。单星质量37kg，能够获得1m分辨率的多光谱图像。阿根廷卫星逻辑公司计划制造和发射300颗对地观测小卫星并构建星座，实现5min内对全球任意位置重访，提供包括农业应用、油气管线监控、灾害响应、商业分析等多种应用。

（7）加拿大地球直播公司和美国欧姆尼地球公司合作建立“每日地球”星座

8月2日，加拿大地球直播公司（UrtheCast）和美国欧姆尼地球公司（OmniEarth）达成协议，就加拿大地球直播公司提出的“每日地球”（UrtheDaily）星座展开合作，合作事项包括共同研发系统、知识产权共享，以及联合开展消费者市场营销活动。“每日地球”星座预计每天能够拍摄1.4×108km2的全球陆地图像，地面分辨率约为5m。

（8）韩国开启韩国多用途卫星－3A商业服务，销售0.5m分辨率图像

7月6日，韩国卫星技术研究中心开创公司（S I）宣布开始销售韩国多用途卫星－3 A（Kompsat－3A）的光学图像，使韩国成为全球第6个拥有0.5m光学分辨率卫星系统的国家，以及全球第2个公开销售0.5m分辨率卫星图像的国家。

3 发展趋势

传统大国民用对地观测卫星换代部署，新兴航天国家通过合作提高能力

目前，民用对地观测卫星的五大体系正在继续成熟和完善，美国、欧洲、俄罗斯、日本、印度等国家/地区已经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，后续系统已开始研制，确保民用对地观测业务的稳定和可持续发展。阿尔及利亚、印度尼西亚、菲律宾等国家通过合作的方式，不断提高本国对地观测卫星研制能力和水平。此外，环境探测卫星同时向综合化和精细化两个方向发展，综合多种探测手段，探测精度不断提高，观测谱段不断扩展，探测要素不断细化。

传统商业遥感领域有序发展，新兴商业遥感领域发展强劲

美国的商业遥感发展仍然最为成熟。一方面，传统的商业遥感公司美国数字地球公司按计划部署世界观测－4，进一步提高在高分辨率商业遥感市场中的竞争力，同时与沙特阿拉伯合作构建小卫星星座，开始进军小卫星对地观测市场。另一方面，行星公司、特拉贝拉公司、斯派尔公司等初创商业遥感卫星公司继续部署卫星，进一步扩大在轨星座规模。同时，黑天全球公司、嘉佩乐航天公司等更多初创公司参与进来，提出发展新型的商业遥感小卫星星座。其他国家也不甘落后，阿根廷、加拿大等国家的商业遥感卫星公司已开始发展商业遥感小卫星星座。