我国海洋卫星发展综述

● 文 |中国空间技术研究院总体部 张庆君 赵良波

海洋占地球表面面积的70%以上，是生命的摇篮，资源的宝库，全球气候的重要调节器，也是世界贸易的大通道。海洋是未来人类生存及可持续发展的战略性资源基地，在政治、军事和经济上均具有举足轻重的战略意义，是世界各临海国家争相开发利用的蓝色疆土。开发利用海洋是解决当今全球资源短缺、人口膨胀、环境恶化的重要出路之一。人类社会的可持续发展必然越来越多地依赖海洋，海洋也将为人类社会的繁荣和发展做出越来越大的贡献。

我国是世界上重要的海洋大国，大陆海岸线长约18000km，岛岸线约14000km，沿海岛屿6500多个，按照联合国海洋法公约和我国的主张，我国管辖的海域约300万km2。因此，有效维护国家的海洋权益、合理开发利用海洋资源、切实保护海洋生态环境、实现海洋资源与环境的可持续利用，是时代赋予我们的历史使命。大面积、高精度、全方位认识和管控海洋，发展海洋经济，维护海洋开发环境安全，保障海洋权益是我国的重大海洋战略。建立完善的海洋遥感调查监测体系，扩大海洋卫星的应用领域和范围，能够显著提高对海洋的监控能力，保障我国海洋经济社会的可持续发展，加快我国由海洋大国向海洋强国迈进的步伐。

一直以来，我国十分重视海洋卫星及其探测技术的发展，目前已形成了以海洋一号（HY-1）系列卫星、海洋二号（HY-2）系列卫星及高分三号（GF-3）系列卫星为代表的海洋水色、海洋动力环境及海洋监视监测系列卫星，建立起了具有优势互补的海洋遥感卫星观测体系，并已发挥了显著的社会和经济效益[1]。

其中，海洋一号卫星A星和B星（HY-1A/B）是我国自主研制的第一代海洋卫星，主要用于海洋水色、水温环境要素探测，服务于我国海洋生物资源开发利用、河口港湾的建设和治理、海洋污染监测和防治、海岸带资源调查和开发以及全球环境变化研究等领域[2]。海洋二号卫星A星（HY-2A）不仅填补了我国海洋动力环境卫星的空白，也是世界上第一颗集散射计、辐射计、高度计等微波主、被动观测载荷于一体，可同时测量海面高度、海温、风速、波高的海洋卫星，在海洋防灾减灾、海洋环境预报、极地航线保障、大洋渔业、海洋调查与资源开发、海洋科学及应用研究和国际合作等领域发挥了重要作用。GF-3卫星是我国科技重大专项“高分辨率对地观测系统”中唯一的雷达成像卫星，能够全天候和全天时实现全球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、提升快速响应能力，其获取的C频段多极化微波遥感信息可服务于我国海洋、减灾、水利及气象等多个行业及业务部门，是我国实施海洋开发、陆地环境资源监测和防灾减灾的重要技术支撑[3]。

一、我国海洋卫星发展历程

我国在海洋卫星方面经过多年的建设，取得了显著进展，在2002年及2007年分别发射了HY-1A卫星及HY-1B卫星、2011年发射了HY-2A卫星、2016年发射了兼顾海陆的GF-3卫星，目前已经初步形成了海洋水色、海洋动力环境、海洋监视监测3个系列的海洋卫星。

1. 海洋水色卫星

我国第一颗海洋水色卫星HY-1A卫星，于2002年5月15日成功发射。它实现了我国海洋卫星零的突破，完成了海洋水色功能及试验验证，使海洋水色信息提取与定量化应用水平得到了提高，促进了海洋遥感技术的发展，为我国的海洋卫星发展奠定了技术基础。HY-1A卫星配置了1台10谱段水色扫描仪及1台4谱段CCD海岸带成像仪，在轨运行期间，获取了中国近海及全球重点海域的叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量、海冰覆盖范围、植被指数等动态要素信息以及珊瑚、岛礁、浅滩、海岸地貌特征。我国第二颗海洋水色卫星HY-1B卫星，于2007年4月11日成功发射，该卫星在HY-1A卫星基础上研制，其观测能力和探测精度得到了进一步增强和提高，实现了我国海洋水色卫星由试验型向业务服务型的过渡[1]。

HY-1A/B卫星的数据在海洋灾害监测、海洋环境预报与监测、海洋资源开发与利用、海洋科学研究以及国际合作等多个领域均取得了良好的成果。基于HY-1A/B卫星数据开发制作了42种遥感产品，在海洋水色环境监测、海表温度监测、海冰灾害监测、赤潮灾害监测、绿潮灾害监测等方面发挥了重要作用。

2. 海洋动力环境卫星

我国第一颗海洋动力环境卫星HY-2A卫星，于2011年8月16日成功发射，设计寿命3年，目前仍在轨运行。其主要使命是监测和调查海洋动力环境，获得包括海面风场、浪高、海流、海面温度等多种海洋动力环境参数，直接为灾害性海况预警预报提供实测数据，为海洋防灾减灾、海洋环境预报、海洋资源开发、海洋环境监测以及极地航线保障等提供支撑服务[4]。HY-2A卫星研制过程中，突破了高定量化有效载荷、精密测定轨、星地双向激光通信、大扰动下高精度姿态控制等多项关键技术，在多个技术领域填补了国内空白并达到国际先进水平，创造了我国卫星研制的多项第一，实现了我国卫星研制技术的跨越，彰显了我国卫星关键核心部件自主研发能力。

HY-2A卫星配置了雷达高度计、微波散射计、扫描辐射计、校正辐射计等多种主、被动微波载荷，通过HY-2A卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平，为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据，同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用，受到国内外用户的高度认可。

3. 海洋监视监测卫星

GF-3卫星是我国首颗兼顾海陆观测的民用雷达成像卫星，于2016年8月10日成功发射。GF-3卫星能够全天候和全天时实现全球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、提升快速响应能力。作为我国自主研制的首颗C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星，GF-3卫星研制过程中攻克了整星机电热一体化设计、多极化相控阵天线、高精度SAR内定标、大型相控阵SAR天线展开机构、大热耗SAR天线热控、脉冲大功率供电、大挠性星体条件下卫星控制等多项关键技术，综合性能达到国际先进水平[3]。

GF-3卫星的成像分辨率从1m到500m，成像幅宽从10km到650km。在海洋应用方面，GF-3卫星不但可以监测我国临近海域的风暴潮、热带气旋、海冰、海面溢油、绿潮等，也可以监视海岸带、海面船舶、岛礁人工设施、海上石油平台等，可以为灾害监测和评估、应对重大环境事件提供地理空间信息支持。GF-3卫星的业务化应用，极大改善了我国民用天基高分辨率SAR图像全部依靠进口的状态，为国内各行业用户提供了高质量、高精度对地观测数据。自发射以来，分发各级数据产品超过50万景，在应急监测中作用突出，已成为我国实施海洋开发、陆地环境资源监测和防灾减灾的重要技术支撑。

二、我国海洋卫星发展规划

根据海洋强国战略在海洋资源开发、海洋环境保护、海域使用管理、极地大洋管理和海洋权益维护等方面的需求，我国应大力发展海洋系列卫星，为海洋灾害的监测和防灾减灾建设提供全方位的信息服务，稳步推进海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测系列卫星体系及海洋卫星星座的构建。

发展和利用海洋卫星，可以经济、方便地对大面积海域实现实时、同步、连续地监测，提高海洋环境与灾害的监测、预报和预警能力。针对海洋系列卫星的研制工作，《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要》明确指出，推进以海洋水色水温、海洋动力环境和海洋监视监测等3个系列卫星为主的我国自主海洋卫星与卫星海洋应用体系建设，发展定量化遥感技术、多源卫星遥感资料的融合技术、海洋卫星资料分发技术、遥感业务化应用技术和新遥感器应用技术。

在 《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015年～ 2025年）》 中专门规划了海洋观测卫星系列，服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面，同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。

2017年12月22日，国家海洋局和国家国防科技工业局联合发布了《海洋卫星业务发展“十三五”规划》。《海洋卫星业务发展“十三五”规划》是落实党的十九大报告中提出的“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”和《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》关于“坚持陆海统筹，发展海洋经济，科学开发海洋资源，保护海洋生态环境，维护海洋权益，建设海洋强国”，强化海洋科技的创新引领、驱动支撑作用和业务化服务保障能力的具体举措。

《海洋卫星业务发展“十三五”规划》围绕海洋卫星体系建设和卫星海洋应用，在体系建设方面，强调加快卫星和地面系统的建设，形成海洋水色、海洋动力、海洋监视监测3个系列海洋卫星体系；在能力提升方面，提出加强服务能力建设和应用能力提升，提高卫星在海洋业务中的贡献率；在开放创新方面，强调建立覆盖研制、应用、产业等全链条创新体系，着重提升深度参与国际海洋治理的能力。到2020年，完善海洋卫星观测体系，进一步完善构建3个系列海洋卫星，形成具有对全球海域连续高频次观测覆盖的能力；突破新型遥感载荷研制和数据处理关键技术，实现宽刈幅、高精度、高分辨、多要素、多尺度海洋环境信息的连续获取能力；建设完善海洋卫星地面系统，具备同时运行管理多颗在轨卫星的能力，卫星数据处理、分发与共享服务时效性普遍优于3h，应急情况下优于30min；开发基于自主海洋卫星的多源数据融合分析系统和资料同化技术，自主卫星数据在海洋应用中比例达到80%以上；实现遥感技术在突发应急事件、极地考察、大洋调查、蓝色经济发展和海上安全保障等方面的有效保障服务。

三、我国海洋卫星发展建议

经过多年的发展建设，我国海洋卫星从无到有、探测能力不断提高，取得了显著的成绩和进展。“十二五”期间，我国海洋卫星实现了从单一型号到多种型谱、从试验应用向业务服务的转变，向系列化、业务化的方向快速迈进。海洋卫星在海洋权益维护、海洋开发管理、海洋环境保护、海洋防灾减灾和海洋科学研究等领域的作用进一步凸显。海洋卫星体系基本建立，应用成果显著，国际影响大幅提升。“十三五”期间，根据国家发展和“一带一路”建设的实施，在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中，对海洋卫星和海洋遥感的发展也提出了更高的要求和更紧迫的需求。

当前在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、GF-3卫星成功研制经验和应用成果的基础上，应优先发展后续业务卫星，保障海洋水色、海洋动力、海洋监视监测卫星系统稳定运行，完善要素重访能力，同步发展海洋盐度探测等新要素观测手段[5]，逐步形成全要素的海洋监视监测系统；针对海洋强国战略需求，发展新一代海洋水色、新一代极轨海洋动力卫星，促进系统升级换代，与在轨卫星协同，大幅提高海洋卫星业务化服务能力；至2025年，形成稳定运行的高质量业务化海洋卫星体系；继续发展新一代海洋水色业务星、新一代海洋动力卫星业务星，同步发展高轨海洋与海岸带监测、高轨海洋微波星等观测系统，建成功能完备的海洋观测系统，海洋卫星技术能力、运行规模、应用水平达到国际先进水平。

通过海洋卫星高、低轨搭配观测，对海洋水色、海洋动力及监视监测等需求均可提供连续稳定的观测数据，全面支持海洋防灾减灾、海洋环境保护、海洋资源调查与服务、海洋维权执法、海岛管理、海域使用管理、极地与大洋科学考察等业务应用，使我国成为国际上主要的海洋观测数据源，为我国海洋利益拓展提供强大支持。

[1]蒋兴伟，林明森，张有广. 中国海洋卫星及应用进展, 遥感学报[J]. 2016，20（5）：1185-1198.

[2]白照广，李一凡，杨文涛. 中国海洋卫星技术成就与展望[J]. 航天器工程，2008，17（4）：17-23.

[3]张庆君. 高分三号卫星总体设计与关键技术[J]. 测绘学报，2017，46（3）：269-277.

[4]王睿，徐浩，张欢，贾宏. 海洋二号卫星特点及应用，中国航天[J]. 2012（10）：7-11.

[5]张庆君，殷小军，蒋昱. 发展海洋盐度卫星完善我国海洋动力卫星观测体系[J] . 航天器工程，2017，26（1）：1-5.