2020 年国外民商用对地观测卫星发展综述

龚燃（北京空间科技信息研究所）

2020 年，国外民商用对地观测卫星系统和体系日趋完备，规模和能力稳步提升。民用对地观测卫星领域发展平稳，美国“对地观测系统”（EOS）、欧洲“哥白尼”（Copernicus）系统等主要民用对地观测卫星系统稳定运行，确保环境监测数据的连续性；商用对地观测卫星领域发展跃升，新型业务不断拓展，技术蓬勃发展，服务时效性和产品多样性显露优势。

1 概述

2020 年，国外民商用对地观测卫星领域共进行了25 次发射，共发射104 颗卫星（成功96 颗，失败8 颗）。在发射主体方面，主要发射活动基本集中在美国，共发射了70 颗（失败5 颗），欧洲12 颗（失败1 颗），日本3 颗（失败1 颗），其他国家19 颗（伊朗失败1 颗）；从卫星类型来看，光学对地成像卫星数量最多，为67 颗（失败8 颗），其次为气象环境探测卫星、雷达对地成像卫星、射频信号接收定位卫星、海洋环境探测卫星及其他环境探测卫星；从卫星用途来看，商用卫星94 颗，民用卫星10 颗。

截至2020 年底，国外共有556 颗民商用对地观测卫星在轨运行。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，光学对地成像卫星数量最多，为322颗，其次为气象环境探测卫星、雷达对地成像卫星、射频信号接收定位卫星及海洋环境探测卫星，其他环境探测卫星为36 颗；从卫星用途来看，民用卫星174 颗，商用卫星382 颗。

2020 年国外民商用对地观测卫星成功发射数量（按类型统计）

截至2020 年底，国外民商用对地观测卫星在轨数量（按国家统计）

截至2020 年底，国外民商用对地观测卫星在轨数量（按类型统计）

2 美国

2020 年，美国成功发射了65 颗民商用对地观测卫星，其中没有民用卫星，全部为商用卫星。截至2020 年底，美国共有362 颗对地观测卫星在轨运行。从卫星类型来看，光学对地成像卫星213 颗，雷达对地成像卫星3 颗，气象环境探测卫星126 颗，海洋环境探测卫星1 颗，其他环境探测卫星16 颗，射频信号接收定位卫星3 颗；从卫星用途来看，民用卫星37 颗，商用卫星325 颗。

2020 年，美国虽未发射民用对地观测卫星，但在持续研发用于下一代卫星的新概念与新技术；商用对地观测卫星方面，大、小卫星系统差异化发展，大型卫星稳步升级和更新换代，小型卫星在稳定部署的基础上不断拓展新型业务产品。

NASA 持续发展新一代可持续陆地成像技术

9 月， 美 国 国 家 航 空 航 天 局（NASA） 表示已选择鲍尔航空航天公司（Ball Aerospace Technologies）进行三项研究，包括卫星在轨定标、新材料创新定标以及紧凑型多光谱红外辐射计设计，对将应用于下一代陆地卫星－ 9（Landsat － 9）项目的新型可持续陆地成像（SLI）技术进行开发和演示，以验证遥感仪器创新耐用和精准定标的可行性。

Landsat－9 计划于2021 年发射，将很大程度上复制目前在轨运行的Landsat－8，以减少陆地成像数据断档的风险，卫星成像能力更高，包括辐射分辨率与几何精度，且寿命更长、定标精度更高。Landsat－9 携带2 台有效载荷仪器，包括业务陆地成像仪－2（OLI－2）和热红外遥感器－2（TIRS－2）。其中，TIRS－2 采用了新型光学组件，可以保护仪器免受杂散光的影响，且采用了冗余设计，寿命延长至5 年以上（之前为3 年）。目前，这2 台仪器已完成交付，即将进行组装。未来，采用新型SLI 技术的Landsat－9 系统将至少在轨运行数十年（2021－2035 年），为全球用户提供与现有的40 余年的Landsat 存档数据兼容的高质量、全球性的陆地成像数据。

Landsat－9 在轨飞行示意图（来源：NASA）

NOAA 授出多个合同以探索其未来新型气象卫星星座

近10 年来，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）均选择载有先进遥感器的大型卫星来开展气象研究任务，而未来NOAA 希望利用小型、低成本的卫星来获得观测数据。NOAA 未来卫星星座架构的关键是在卫星和仪器之间采用标准接口，目前研究重点是探索地球静止轨道（GEO）卫星上增加仪器的可能性，例如，海洋水色仪或高光谱遥感器。

自2020 年4 月以来，NOAA 已授出10 余份合同，价值约700 万美元，用于研究遥感仪器、卫星、商业模型以及任务概念，探索其未来的气象卫星星座架构，以取代目前在轨运行的“联合极轨卫星系统”（JPSS）和地球静止业务环境卫星－R（GOES－R）系统。NOAA 未来的星座将比现有的更加灵活、适应性更强。

除了上述合同外，美国布兰迪万光子技术公司（Brandywine Photonics）也在为NOAA 开发一个由数百颗小型气象卫星组成的星座。该公司正在按照需求对卫星、遥感器和轨道进行评估，以建造一个全面了解大气和空间天气情况的“气象网络”（MetNet）星座。该星座将由数百颗装有光学和微波仪器的小卫星组成，以提供对风速、大气温湿度、降水、海表面温度、云表征、高层大气动力学和空间天气的高频观测。

麦克萨技术公司下一代星座轨道

美国麦克萨技术公司打造下一代全新高分卫星星座

美国麦克萨技术公司（MAXAR Technologies）正在发展接替“世界观测”（Worldview）卫星系列的新星座，含6 颗“军团”（Legion）卫星和6 颗“侦察兵”（SCOUT）卫星，旨在大幅提高全球重访能力。Legion 首星计划2021 年发射，该卫星质量750kg，全色分辨率0.29m，图像采集能力是目前在轨卫星的2 倍，在高需求的地区可达到3 倍，观测时效显著提升，而上一代WorldView － 3 卫星质量2.8t，分辨率0.31m。此外，Legion 敏捷能力大幅度提升，一轨就可完成整个中国台湾（台湾岛南北纵深395km、东西宽145km）的成像，而上一代WorldView－3卫星一轨可完成112km×65km 区域的成像。Legion与SCOUT 卫星星座完成部署后，每天可对同一区域观测24 次，届时麦克萨技术公司所有商用卫星每天可侦测30 次。

微纳卫星系统稳步部署，更多公司宣布发展计划

美国行星公司目前在轨运行21 颗100 千克级“天空卫星”（SkySat），可提供分辨率0.9m/幅宽8km 的图像产品和分辨率1.1m/时长90s 的视频产品；目前，在轨运行的171 颗5 千克级“鸽群”（Flock）卫星，可以提供3 ～5m 分辨率图像，实现8h 全球数据更新。美国黑天全球公司（BlackSky Global）已开始部署50 千克级60 星星座，可提供分辨率1m 图像产品，星座建成后，中低纬区域重访时间10 ～60min。

美国卡佩拉空间公司（Capella Space）于8 月31 日发射首颗合成孔径雷达（SAR）业务星卡佩拉－2（Capella－2），后续将继续部署6 颗改进型业务卫星，具备7 星在轨的初始星座能力，以期在2021 年初开始商业化运营，作为未来36 颗卫星星座的第一阶段。其星载X-SAR 具有条带、凝视聚束、滑动聚束、宽幅扫描等多种成像模式，最高分辨率0.3m。此外，美国普来达公司（PredaSAR）计划部署由48 颗雷达卫星组成的星座，为用户提供分钟级响应的图像更新服务。该公司称这将成为全球最大规模的SAR星座。

3 欧洲

2020 年，欧洲共成功发射11 颗民商用对地观测卫星，包括3 颗民用卫星、8 颗商用卫星。截至2020年底，欧洲共有64 颗民商用对地观测卫星在轨运行。从卫星类型来看，光学对地成像卫星18 颗，雷达对地成像卫星15 颗，气象环境探测卫星13 颗，海洋环境探测卫星2 颗，其他环境探测卫星9 颗，射频信号接收定位卫星7 颗；从卫星用途来看，民用卫星40 颗，商用卫星24 颗。

2020 年，欧洲继续平稳推进“哥白尼”项目，同时开发新的“哥白尼”任务；商用对地观测卫星系统蓬勃发展，与美国不同，重点发展商用SAR、高光谱、视频等小卫星。

哨兵－6A 成功发射，“哥白尼”稳步推进后续任务

截至2020 年底，“哥白尼”计划下的“哨兵”（Sentinel）系列卫星在轨运行共计7 颗，已经正式步入能力部署阶段，开始在环境与安全监测方面发挥重要作用。11 月21 日，哨兵－6A 卫星成功发射，主要用于测量海平面高度，将对全球90%以上海表地形进行高精度测量，测量精度达到厘米级。

7 月，欧洲航天局（ESA）工业政策委员会批准启动25.5 亿欧元的合同，以推进6 个新的“哥白尼”卫星任务，每个任务都由2 颗卫星组成，其中1 颗为试验验证星、1 颗为业务星。6 个任务分别是：①“哥白尼”人为产生的二氧化碳监测（CO2M）任务，携带近红外和短波红外光谱仪；②“哥白尼”高光谱成像（CHIME）任务，携带超光谱成像仪；③“哥白尼”成像微波辐射计（CIMR）任务，携带一台微波辐射计；④“哥白尼”极地冰雪地形高度计（CRISTAL）任务，携带一台多频雷达高度计和一台微波辐射计；⑤“哥白尼”陆地表面温度监测（LSTM）任务，携带一台高空间-时间分辨率热红外仪；⑥L 频段SAR 任务（ROSE-L），携带L 频段SAR 高度计。

芬兰冰眼公司持续部署小型SAR 卫星

作为商用SAR 微卫星领域的引领者，芬兰冰眼公司（ICEYE）目前运行5 颗卫星，已实现SAR 成像领域的商业运营。冰眼－X（ICEYE－X）卫星有聚束和条带两种成像模式，正在开发扫描成像模式。聚束模式尤其适用于探测复杂环境下目标的微小变化，方位向分辨率0.25m、距离向分辨率0.5m；条带模式适用于监视与探测大范围海洋与陆地区域变化，距离向分辨率优于1.5m，方位向分辨率优于3m。该星座目前全球重访周期小于20h，并计划每年发射多颗新卫星，2021 年底实现18 颗卫星组网，达到3h 的平均全球重访周期。同时，冰眼公司还在不断优化其成像能力，在改进ICEYE－X2 和X3 卫星时，设法将雷达天线尺寸扩大到原来的2 倍，但质量更轻，同时增加了用于轨道维持的离子推进系统。3 月，该公司宣布目前的商用SAR 小卫星星座成像能力可达0.25h，相当于大型商用SAR 卫星的最高分辨率。最高分辨率的数据将以ICEYE 的标准产品格式提供给客户，并可通过标准地理信息系统（GIS）访问。

英国Sen 公司计划研制视频遥感立方体卫星

3 月，英国初创公司Sen 公司宣布计划构建“地球电视”（EarthTV）星座，并授予了波兰纳米航空电子公司（NanoAvionics）5 颗16U 立方体卫星整星研制合同和南非西莫拉感知公司（Simera Sense）的超高清相机研制合同。每颗卫星具备1.5m、10m、50m 和广角超高清成像能力，其中首星计划2021 年发射，后续4 颗卫星2022 年发射。Sen 公司成立于2014 年，从事卫星视频流技术研发，曾于2019 年以有效载荷搭载的方式把6 个超高清相机送入太空，验证了其低轨视频遥感能力。

ESA 资助研发的微型高光谱成像载荷实现商业化运行

由荷兰测量系统公司（Dutch company Cosine）研发制造、由ESA“通用技术支持计划”（GSTP）资助的微型高光谱成像仪—“高级侦察兵”（HyperScout）自2018 年搭乘欧洲立方体卫星GomX－4B 发射入轨后，在轨运行良好，展现了其紧凑而出色的高光谱成像能力。目前，该载荷已经完成了升级并实现商业化应用，其升级版HyperScout－2载荷于2020年9月3日搭乘西班牙“联合卫星系统增强型卫星”（FSSCat）发射入轨，该载荷基于Intel Myriad－2 人工智能芯片设计，将具有更强的数据处理能力，并增加了热红外光谱通道。

ICEYE 系列卫星发射表

4 俄罗斯

2020 年，俄罗斯未发射民商用对地观测卫星。截至2020 年底，俄罗斯共有15 颗民商用对地观测卫星在轨运行。从卫星类型来看，光学对地成像卫星10 颗，气象环境探测卫星5 颗；从卫星用途来看，民用卫星14 颗，商用卫星1 颗。

2020 年，俄罗斯在民商对地观测卫星方面体系仍不完备，相对而言，民用卫星较多，商用卫星发展较为缓慢。尽管如此，俄罗斯重视加强新卫星系统研发和部署，计划向更大规模、更高分辨率的方向发展。

3 颗GEO 气象卫星在轨，填补了大西洋上空观测空白

2 月，俄罗斯于2019 年12 月发射的电子－L3（Elektro－L3）GEO 轨道气象卫星发回首批图像并转交俄罗斯水文气象局（ROSHYDROMET）；8 月，电子－L2 卫星部署到14.5°（W），位于大西洋上空。此前，俄罗斯在大西洋上空没有GEO 轨道气象卫星。目前，俄罗斯共有3 颗电子－L 卫星在轨运行，为俄罗斯水文气象局、国防部和其他相关单位提供区域和全球范围的天气预报信息。

将与白俄罗斯联合开发高分辨率卫星

3 月，白俄罗斯表示正在与俄罗斯联合开发一颗名为贝尔卡－2（BKA－2、也称RBKA）的高分辨率卫星，计划于2025 年发射，该卫星属于由8 颗卫星组成的“欧亚经济联盟国家遥感星座”1欧亚经济联盟（EAEU）制定一项政府间协定，由独联体空间研究委员会（СOSPAR）参与欧亚经济联盟“地球遥感数据国家间方案”，拟为独联体成员国建设一个地球遥感卫星星座。（EADS）的一部分。卫星分辨率0.35m，具有红外谱段以及视频与立体成像能力。目前已完成卫星的概念设计，且正在商讨开发第二颗卫星，采用两颗卫星组合的方式，但由于疫情原因工作被暂停。

5 日本

2020 年，日本共发射2 颗民商用对地观测卫星，均为商用卫星。截至2020 年底，日本共有23 颗民商用对地观测卫星在轨运行。从卫星类型来看，光学对地成像卫星11 颗，雷达对地成像卫星4 颗，气象环境探测卫星6 颗，其他环境探测卫星2 颗；从卫星用途来看，民用卫星16 颗，商用卫星7 颗。

2020 年，日本在民用对地观测能力相对稳定的基础上，继续发展后续卫星，并重视商业化发展，多家新型商业公司部署光学、雷达、气象小卫星星座并开展商业应用。

GOSAT-GW 在轨飞行示意图（来源：Melco）

启动研制大气与水循环监测卫星

3 月，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）指定三菱电机公司（Melco）作为其“温室气体与水循环全球观测”（GOSAT-GW）卫星的承包商。GOSAT-GW 卫星是“温室气体观测卫星”（GOSAT）系列的第三颗卫星，将为日本环境省和国立环境研究所（NIES）提供温室气体观测数据，并为JAXA 提供水循环观测数据。GOSAT-GW 卫星携带一台名为人为与自然排放总量测绘光谱仪－3（TANSO－3）的仪器，用于对二氧化碳和甲烷等温室气体的浓度进行大范围精准观测，其详查模式分辨率比其前任GOSAT－2 高3 倍。该卫星还携带一台新型高效能微波扫描辐射计－3（AMSR－3），观测谱段比之前有所增加，将对陆地、海洋和大气中的水储量进行估算，进而改善水循环和气象监测。

发射两颗商用对地观测小卫星

10 月28 日， 日 本 佳 能 电 子 公 司（Canon Electronics）发射佳能电子星－2B（CE-SAT－2B），为该系列的第2 颗。卫星载有口径40cm 的“卡塞格林”（Cassegrain）望远镜，分辨率优于1m。

12 月15 日，日本合成视角公司（Synspective）发射其“斯特里克斯”（StriX）SAR 微卫星星座的首颗试验星“斯特里克斯-阿尔法”（StriX-α）。StriX 卫星单星质量100kg， 其中首颗验证星StriX-α 质量150kg，带有X 频段SAR，单极化，分辨率1 ～3m，幅宽10 ～30km，具有条带、滑动聚束成像模式。该公司计划到2022 年实现6 颗卫星在轨，实现对亚洲主要城市的全面覆盖。

6 其他国家/地区

2020 年，其他国家/地区共计成功发射18 颗民用对地观测卫星（伊朗的1 颗卫星发射失败），包括阿根廷14 颗、加拿大2 颗、阿联酋1 颗、韩国1 颗。截至2020 年底，其他国家/地区共有92 颗民商用对地观测卫星在轨运行。从卫星类型来看，光学对地成像卫星70 颗，雷达对地成像卫星8 颗，气象环境探测卫星6 颗，海洋环境探测卫星3 颗，其他环境探测卫星5 颗;从卫星用途来看，民用卫星67 颗，商用卫星25 颗。

韩国成功发射GEO 轨道韩国多用途卫星－2B

2 月18 日，韩国航空宇宙研究院（KARI）成功发射其GEO 轨道韩国多用途卫星－ 2B（GEO-KOMPSAT－2B，也称GK－2B）。该卫星是韩国气象局（KMA）开发的下一代GEO 轨道卫星任务的第二颗卫星，用于海洋监测和环境监测领域，提供对空间天气现象的监测。卫星定位于128.0°（E），载有地球静止海洋彩色成像仪－2（GOCI－2）和地球静止环境监测光谱仪（GEMS）。GOCI－2 用于沿海和全球海洋环境监测，GEMS 用于监测朝鲜半岛和亚太地区的空气污染情况，可在白天每小时从赤道上方的GEO 轨道监测整个亚洲的大气气体，提供高精度的臭氧测量数据，这标志着监测太空空气污染能力的重大飞跃。

GEO-KOMPSAT－2B 卫星（来源：KARI）

阿根廷成功部署13 颗对地观测卫星

1 月15 日、9 月3 日和11 月6 日，阿根廷卫星逻辑公司（Satellogic）3 次共计成功发射了13 颗“新卫星”（NuSat），在轨卫星数量达到18 颗。卫星单星质量41kg，搭载多光谱载荷及高光谱载荷，设计寿命为3 年。该公司计划构建一个可扩展的对地观测平台，能够以更高的时间分辨率和空间分辨率对地球表面进行全覆盖观测。未来24 个月内，发射数量将超过80 颗。

7 结语

传统大卫星开始探索低成本、小型化发展途径

当前，政府和商业机构对小卫星的关注度日益增高，其中，立方体卫星在小卫星市场占据主导地位。除了初创型商用对地观测公司积极部署商用小卫星星座外，以美国麦克萨技术公司为代表的传统商用对地观测公司也在发展轻小型卫星，下一代WorldView-Legion 光学卫星保持0.3m 分辨率前提下，卫星质量大幅度降低，利于星座化部署。此外，长期采用大型卫星来开展气象观测的NOAA，除了在研究采用商用气象卫星数据，也期望能利用标准化、可扩展的低成本小卫星星座架构来获得气象数据。由此，商业现货等小卫星技术、与传统卫星研制商合作等方式也将成为主要发展方向。

提升时空分辨率，发展多样化、多手段对地观测能力

创新商用小卫星方面，光学成像虽仍然占据主流，但更多国家更多家公司不断涌现，商用SAR、视频、多光谱、射频定位等手段全面发展，正在步入一个能快速、及时提供多种数据的新阶段。小型卫星、商用立方体卫星星座与大型卫星系统相结合，将是重要解决方案。同时，随着微小卫星技术的进展与突破，高时空分辨率、多样化的海量数据结合大数据技术，将进一步促进后端传统业务应用和新型服务的产业化、规模化发展。