赠埃塞俄比亚遥感微小卫星工程项目及其意义

文|钟鹏华 许萌 谢诚 杨栋 陈元伟

1.航天东方红卫星有限公司 2.中国空间技术研究院 3.航天恒星科技有限公司

一、引言

气候变化南南合作是我国应对气候变化领域国际合作与交流的重要内容之一。根据生态环境部编制的《中国应对气候变化的政策与行动2019年度报告》，截至2019年9月，我国政府与其他发展中国家签署了30多份气候变化南南合作谅解备忘录，开展了包括减缓和适应气候变化物资赠送项目在内的各类合作，为促进应对气候变化发挥了积极建设性作用。赠埃塞俄比亚遥感微小卫星（ETRSS-1）工程项目作为我国应对气候变化物资赠送合作项目之一，是我国践行应对气候变化领域国际合作有关承诺的又一重要举措。项目建设工作由中国空间技术研究院所属航天东方红卫星有限公司联合航天恒星科技有限公司承担。

二、项目背景

埃塞俄比亚地处非洲撒哈拉以南地区，干旱、暴雨和野火等引起的灾害频发，农业、林业、水资源、陆地生态以及经济发展受影响严重。由于适应能力和手段相对有限，埃塞俄比亚社会和经济在面对气候变化影响时显得极为脆弱。2019年美国圣母大学发布的全球适应指数（Notre Dame Global Adaptation Index, ND-GAIN）中，埃塞俄比亚的综合排名仅为163/181。

为此，埃塞俄比亚出台了一系列提升农业、林业、水资源和灾害管理等领域应对气候变化能力的国家政策。2012年出台的《适应气候变化绿色经济战略》（Climate Resilient Green Economy，CRGE）、2019年制定的《应对气候变化国家适应计划》（National Adaption Plan，NAP），均明确了提升农业和陆地资源使用效率、提高森林资源对经济和生态系统的复原能力、自然资源的可持续利用等方面的相关措施，并将国际社会的直接投资、援助和技术培训转让等列为解决经费问题和技术问题的重要来源。

埃塞俄比亚原科学与技术部结合国内发展规划实施需要和面临资金技术实际困难，提出了在中国应对气候变化南南合作框架下开展ETRSS-1卫星工程项目合作的设想。通过建设一套宽幅多光谱微小卫星系统，借鉴中国利用航天技术开展应对气候变化取得的工程经验和应用经验，开展卫星遥感在埃塞俄比亚农业、林业、水资源等领域的研究工作，提升其应对气候变化领域决策水平，并通过建设后续配套设施，建立国内航天相关产业发展基础，提升航天科技水平，促进国民经济发展。

三、项目主要建设内容与特点

ETRSS-1卫星工程项目研制工作于2018年5月正式启动，2019年11月地面系统建成，12月卫星成功发射，2020年2月完成整个项目的验收测试工作。项目主要建设内容包括：研制1颗满足埃塞方应对气候变化领域研究需要的微小卫星，以及与之配套的地面控制、接收和应用处理系统；卫星通过搭载方式在中国的发射场发射；研制期间提供卫星设计和操作培训。

整个系统建设既充分吸收以往工程项目经验，又充分考虑项目在资金、应用和能力培养方面的特殊需要，具有鲜明的特点。

1.援助内容切实解决埃塞方实现自主业务运营关切

埃塞方提出的项目建设需要和应用方向明确，其主要面临的是资金短缺和工程基础薄弱等方面的困难。针对这一情况，中方提供的援助内容包括工程研制和技术转让培训两方面内容。工程研制内容包括卫星系统、地面控制和应用系统，以及发射服务等系统投入使用所需要的一整套星、地软硬件设施。为确保项目移交后埃塞方工程师实现对系统的自主控制和运营，中方在完成系统建设的同时，还提供了卫星研制和操作使用等方面的工程培训。通过“交钥匙”建设和工程技术培训转让，切实解决了埃塞方面临的困难，大大加快了系统移交后埃塞方的业务运营进程。

2.卫星系统指标设计合理，在轨自主管理能力强

考虑到农业等领域在应对气候变化方面的应用需要和中国卫星遥感相关应用经验，ETRSS-1卫星基于航天东方红卫星有限公司成熟的微纳卫星平台设计，载荷选择1台轻量化的宽幅多光谱相机，光谱覆盖蓝、绿、红和近红外4个谱段，成像分辨率优于15m，幅宽优于60km，整星质量约65kg，工作在约630km太阳同步轨道上，降交点地方时10:30，重点对埃塞俄比亚和东北非区域成像，重访周期约4天（图1）。

图1 卫星设计效果图

为确保在轨稳定运行，卫星在原通用平台基础上强化了可靠性设计，采用高自主智能管理技术和在轨重构技术，具备23种在轨自主管理模式，卫星在轨自主运行能力大大提高，能够实现重要设备间多渠道自主监控、自主处理能力，控制、星务、测控、电源等关键设备功能可通过软件上注重构，有效保障了卫星的在轨可靠和使用效率。

3.地面系统设计集约，满足典型气候变化研究需要

地面系统在中国完成研制和测试后，安装在埃塞俄比亚恩托托地面站（图2）。系统采用测控和应用一体化设计，集成固定站、任务控制中心、图像处理、数据管理与增值应用等5个方面功能，共用一套天线通道。

图2 恩托托地面站

地面系统投入运营后，埃塞方可实现对卫星的在轨测控和任务规划等工作，开展遥感数据接收、标准影像产品处理、数据存储管理，可直接利用系统提供的增值业务模块，开展农业、林业、水资源和灾害监测等方面的应用研究，也可以根据业务发展需要，进行数据应用的二次开发。

4.注重人员培训，为埃塞方培养后续发展人才

整个工程项目实施周期历时约一年半。期间，分别在中国和埃塞俄比亚开展4次工程培训和3次联合评审工作。工程培训以熟悉卫星研制基本流程、独立管控卫星、自主开展数据研究等为目标，培训内容包括ETRSS-1卫星研制工程管理、总体及各分系统详细设计、在轨操作及安全模式操作要求，地面系统总体及各分系统详细设计、操作使用流程、典型行业应用处理分析方法等内容，为后续埃塞方工程师独立完成卫星在轨管控和数据应用等工作奠定了坚实基础。

四、应用成果展望

目前，ETRSS-1卫星在轨运行稳定，已成功获取和生成了大量遥感影像和专题产品。卫星获取的埃塞俄比亚祖库拉（Zuqualla）休眠火山区域多光谱影像（图3），清晰显示了火山口周围不同区域的生态差异。经对阿尔迪德（Al Dinder）地区的多光谱影像进行处理，成功获取了该地区草原、阔叶林和针叶林等不同植被的覆盖分布情况（图4）。

图3 埃塞俄比亚祖库拉火山口遥感影像

图4 阿尔迪德地区林业遥感专题图

后续，埃塞方应用部门利用卫星遥感数据和生成的专题产品，至少可开展以下4类应用分析工作：农作物种植面积、长势、结构遥感监测，农作物产量遥感估算等农业遥感监测分析；森林分布遥感监测、森林变化监测等林业遥感监测分析；陆表水体面积监测、叶绿素浓度遥感监测、水体悬浮物浓度遥感监测、水体透明度遥感监测、水体富营养化程度遥感监测等水资源遥感监测；火点监测、过火面积监测、洪涝灾害监测损毁评估等灾害管理监测。

五、项目建设意义

气候变化是全球性发展问题，开展国际合作是解决这一问题的重要途径。通过分享中国航天技术应用取得的工程和应用经验，帮助埃塞俄比亚建设自己的遥感卫星系统，提升其在应对气候变化领域的技术能力和决策水平，是两国环境合作和航天合作进程中具有里程碑意义的事件。

1.为国际社会气候援外工作提供了新范例

解决受援国的资金不足和技术能力欠缺是开展应对气候变化援助的主要目标之一。应对气候变化领域的科技援外越来越受到国际社会的认可，但援助内容主要集中在通过技术示范、培训等方式引导受援国开展清洁能源、低碳应用等减缓工作。利用对地观测技术开展适应工作的援外项目相对较少，一般是为受援国的气候研究和决策工作开展提供相关数据支持。ETRSS-1卫星工程项目是以一整套卫星工程系统为建设内容的高科技援外项目，在应对气候变化国际合作领域属于首次。特别是与系统建设配套的技术培训工作的开展，为埃塞俄比亚培养了一批熟悉卫星运营控制和应用处理、了解卫星设计和研制管理的专业工程师，有力促进了埃塞俄比亚应对气候变化和航天科技等两个领域能力的提升。

2.为埃塞俄比亚应对气候变化提供了新手段

卫星遥感在气候变化分析和应对决策制定等领域的应用已非常成熟，但长期稳定数据源和工程研究队伍的缺乏，限制了这一技术在新兴航天国家的深入应用。ETRSS-1卫星工程系统的建设和培训工作，使得对研究区域的持续观测成为可能，实现了从时间和空间两个维度积累农业、林业、水环境等领域有关数据，以便深入地研究地物特征变化与气候变化之间的关系，为政府制定有关决策提供有效支撑。同时，埃塞政府也以此项目为契机，成立了航天委员会和航天研究所，专业技术队伍从原来的几十人增长到上百人，政府部门的航天组织管理架构和人才队伍初步建成。

3.为航天企业“走出去”拓展了新机遇

ETRSS-1卫星工程系统的成功建设和运营，在一定程度上向埃塞政府展示了中国航天的技术能力和合作诚意。其作为首个气候援外卫星项目，受到国际社会的广泛关注，项目实施单位的知名度也相应提升。参与项目实施的埃塞方工程师已进入埃塞卫星遥感相关领域，成为了解中国航天技术、标准和管理的骨干人才，对后续继续深化两国航天领域合作、提升中国航天在该区域的影响力具有积极意义。