我国海洋卫星发展历程、现状与建议

文｜刘建强 蒋兴伟 林明森

1．国家卫星海洋应用中心

2. 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室

一、海洋卫星需求背景

海洋占地球表面的71%，海洋是生命的摇篮，是资源的宝库，是交通的要道，是全球气候变化的调节器，是人类社会生存和可持续发展的有机组成部分，对沿海国家的安全、社会经济发展和海洋生态文明建设有重大影响。海洋是四维动态变化的流动水体，海洋要素包括海面风场、海浪、海流、海面温度、盐度、海水深度及海洋水色等，空间尺度从厘米到数千千米，时间尺度从秒到年。

海岸带是陆地、大气、海洋相交的地区，涉及河口、海湾、海峡、三角洲、海滩、潮滩、岛屿、珊瑚礁、海滨盐沼与沙丘等，与人类生存与发展的关系最为密切，是资源最丰富的地带，也是生态脆弱、灾害较多的地带。海岸带正面临着全球气候变化、海平面上升、区域生态环境破坏、生物多样性减少、污染加重、渔业资源退化等巨大压力，严重影响了海岛、海岸带的可持续发展。

南北两极是地球系统重要组成部分，两极的海冰是地球系统的冷源，直接影响全球大气环流与气候变化、全球治理与国民经济发展、产业化链条的延伸服务，已成为全球海洋学研究的热点区域。

多种海洋卫星组合连续观测，具备全天时、全球性观测特点，可高频次、周期性、长期、近实时、快速获得全球海洋、海岸带、海岛等区域的多种时空尺度的多要素信息，不受地理位置和人为条件限制，与现场海洋监测手段相结合，取得了过去单纯用现场监测手段无法替代的重大成果，是认识、研究、开发以及利用海洋、海岛、海岸带、南北两极的现代海洋观测的主导手段。

我国东邻太平洋, 是世界上重要的海洋大国之一, 大陆海岸线长达18000 多千米, 大于500平方米的沿海岛屿6500多个, 岛屿岸线14000多千米；根据《联合国海洋公约》规定，按我国主张应划归我国管辖的海域, 包括大陆架和专属经济区近300万平方千米, 相当于我国陆地面积的三分之一，海洋在我国社会、经济和军事发展中的战略地位日渐显著。海洋权益维护、海洋资源调查监测、海洋防灾减灾、南北极监测与气候变化研究急需发展海洋卫星，国家治理、海洋强国建设、海洋生态文明建设、海上丝路之路、“一带一路”倡议以及构建人类命运共同体均迫切需要海洋卫星提供连续长期、稳定可靠的信息支撑。

二、海洋卫星规划、型号立项与各阶段成果

从1985年至今，海洋卫星的发展经历了七个五年计划，每个五年计划在需求论证、规划编制、项目立项、型号研制、工程系统建设、组织体系各环节中，集智创新，攻坚克难，海洋卫星逐步实现了从科学试验到业务运行、从单一型号研制到系列化、业务化、型谱化组网部署以及卫星与地面天地一体统筹发展。开始阶段打基础，步伐慢一点，变化小一点，但每个五年计划都有新的突破，每个五年计划都上了一个新台阶，每个阶段都有闪光的亮点，不断推动国家空间民用基础设施能力建设，目前已经达到8颗海洋卫星在轨运行，海洋卫星规划、型号研制、工程建设及应用成果已经在“十三五”期间得到全面体现，获得的数据已经在海洋、海岸带、海岛、南北极调查监测以及陆地调查、监测、评估中发挥着重要作用。

1．早期论证，著名科学家提出尽快发展中国的海洋卫星技术

我国政府十分重视海洋卫星工作，1985年国家海洋局会同相关部门组织专家开始第一颗海洋卫星的立项论证，1987年1月，王大珩等26位著名科学家署名写信给党中央和国务院，提出尽快发展中国的海洋卫星技术。1987年国家海洋局组织完成《海洋卫星立项研制工作报告》和《海洋卫星技术经济综合论证专题报告》，计划发射一颗由雷达高度计、微波散射计、水色成像仪和微波辐射计、数据收集系统等有效载荷组成的海洋卫星，但由于技术与经济条件所限，未能立项。

2．“八五”重启卫星立项，编制首个海洋卫星与卫星海洋应用规划

1993年国家海洋局重新启动海洋卫星立项论证。1994年成立专家组开展了海洋一号卫星的立项论证工作，组织编制了《海洋卫星和卫星海洋应用“九五”计划和2010年长远规划》《发射系列海洋环境卫星的初步论证报告》《发射系列海洋水色卫星的初步论证报告》《海洋卫星地面应用系统立项论证报告》，根据规划，我国将以海洋一号水色卫星系列为起点，逐步在我国建立海洋卫星体系，陆续发射海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋综合卫星系列，逐步形成以我国卫星为主导的海洋空间监测网，此规划得到了国家计委和国防科工委的大力支持。

3.“九五”期间卫星工程组织与队伍得到落实，首颗海洋卫星及地面接收系统分别批复立项，海洋卫星写入《中国的航天》白皮书

“九五”期间国家海洋局把海洋卫星列为“六个一”重点工程之一，1996年成立了海洋卫星总体部，1999年国防科工委任命了海洋水色卫星地面应用系统总指挥与总设计师。2000年由中编办批复同意正式成立国家卫星海洋应用中心。

1997年海洋水色卫星的综合论证报告通过了由航天工程专家陈芳允、任新民、陈述彭院士等29位国内航天、遥感和海洋界知名专家组成的论证报告评审委员会的评审，国防科工委于1997年正式下达了《关于海洋水色卫星立项研制的批复》。1999年国家发展改革委批准海洋一号A（HY-1A）卫星地面接收系统建设工程项目立项。

1999年国家海洋局组织上报了《我国海洋卫星和卫星海洋应用“十五”计划和2015年发展规划》，发射海洋一号、二号、三号卫星10颗卫星并建立天地一体化地面应用系统。2000年11月发布的《中国的航天》白皮书中，明确了海洋卫星系列是我国长期稳定的卫星对地观测体系的重要组成部分。

4．“十五”期间首颗卫星发射实现零的突破，后续卫星得到立项

2002年5月15日，我国第一颗海洋水色卫星HY-1A成功发射，结束了我国没有海洋卫星的历史，在国内外产生重大影响，极大地推动了海洋立体监测体系和空间对地观测体系的发展；2002年9月18日，在人民大会堂举行了HY-1A卫星交付仪式。2003年发布了首个中国海洋卫星应用年度报告。2005年国防科工委、财政部下达了我国第二颗海洋水色卫星海洋一号B（HY-1B）的立项批复。

5． “十一五”期间首颗国际合作卫星立项，首颗动力卫星批复立项，在轨卫星有了接替

2006年中国国家航天局（CNSA）和法国国家空间研究中心（CNES）签订了“关于合作实施中法海洋卫星（CFOSAT）的谅解备忘录”。2009年国防科工局、财政部批复了CFOSAT立项，国家海洋局代表用户负责CFOSAT卫星工程相关建设。

2006年国家发展改革委批准HY-1B卫星地面应用系统建设工程项目立项。2007年4月11日HY-1B卫星成功发射使我国海洋立体监测系统迈上了一个新台阶，实现了由试验型向业务服务型卫星的转化。

2007年国防科工委、财政部联合批准了我国第三颗海洋卫星海洋二号（HY-2）的立项研制。

2008年国务院批复了《国家海洋事业发展规划纲要》，提出“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建设”。

6． “十二五”期间两部规划确定未来发展，首颗动力环境卫星发射

2012年国务院批复了《陆海观测卫星业务发展规划（2011—2020年）》，确定了在“十二五”末及“十三五”期间将发射8颗海洋观测业务卫星，其中包括海洋水色星座4颗，海洋动力环境星座2颗和主用于海洋的雷达星座2颗。陆海观测卫星业务发展规划的出台，确立了海洋卫星在我国对地观测体系中的重要地位，也加速了后续海洋业务卫星的发展进程。

2015年10月我国发布了《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》。关于海洋观测卫星的主要内容如下：

服务我国海洋强国战略在海洋资源开发、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的重大需求，兼顾陆地、大气观测需求，发展多种光学和微波观测技术，建设海洋水色、海洋动力卫星星座，发展海洋监视监测卫星，不断提高海洋卫星综合观测能力。

海洋水色卫星星座。发展高信噪比的可见光、红外多光谱和高光谱等观测技术，建设上、下午星组网的海洋水色卫星星座，提高观测时效性。

海洋动力卫星星座。发展微波辐射计、散射计、高度计等观测技术，建设海洋动力卫星星座。

海洋环境监测卫星。发展高轨凝视光学和高轨合成孔径雷达（SAR）技术，并结合低轨SAR卫星星座能力，实现高、低轨光学和SAR联合观测。

2011年8月16日，我国首颗海洋动力环境卫星海洋二号A（HY-2A）卫星成功发射，创造了我国遥感卫星领域首次实现厘米级高精度测定轨、首次实现主被动微波遥感器于一体等多个第一，引起了国内外的广泛关注和巨大反响，标志着我国海洋系列卫星体系初步形成。

2014年海洋二号卫星地面应用系统建设项目（第一期）获得批复。

7． “十三五”期间卫星组网业务化运行，星地系统同步建设，成效显著

2017年国家海洋局和国家国防科技工业局联合发布《海洋卫星业务发展“十三五”规划》，提出到2020年我国将研制与发射海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座和海洋监视监测卫星3个系列海洋卫星，并实现同时在轨组网运行、协同观测，基本建成系列化的海洋卫星观测体系、业务化的地面基础设施和定量化的应用服务体系。

“十三五”期间9颗海洋卫星获得批复立项，包括海洋水色业务卫星HY-1C/1D、海洋动力业务卫星HY-2B/2C、两颗1米C-SAR卫星、HY-2D动力环境卫星、新一代水色卫星以及海洋盐度卫星。“十三五”期间共发射6颗海洋卫星，包括HY-1C/1D、HY-2B/2C、CFOSAT以及高分三号（GF-3）卫星。其中2016年8月10日GF-3卫星成功发射改善了我国民用天基高分辨率SAR图像全部依赖进口的状态，并在引领我国民用高分辨率微波遥感卫星应用中起到重要示范作用。2018年10月7日、10月25日分别发射HY-1C、HY-2B卫星，开启了海洋水色、海洋动力环境业务卫星新征程。2018年10月29日CFOSAT成功发射，中国国家主席习近平与法国总统马克龙互致贺电。CFOSAT工程是中法两国在航天工程与海洋科学领域高水平合作的重要成果，体现创新、协调、绿色、开发、共享五大发展理念，谱写了共商共建共用新篇。2020年6月11日、9月21日以及2021年5月19日发射了HY-1D、HY-2C、HY-2D卫星，海洋水色、动力环境业务卫星组网观测终于实现，“九五”期间制定的规划全部实现。

“十三五”期间地面系统基础建设不断夯实，国家民用空间基础设施“十二五”“十三五”海洋观测卫星地面系统、定标与真实性检验场网项目获批。建立了包括北京、海南（三亚、陵水）、牡丹江三个地面站和雪龙船载接收系统组成的地面接收站网、定标场网与海洋卫星数据处理中心。

三、目前在轨海洋卫星用途与特点

从2002年5月15日发射第一颗海洋卫星至今，已经发射了10颗海洋卫星，包括HY-1A/1B/1C/1D、HY-2A/2B/2C/2D、CFOSAT、GF-3卫星，目前HY-1A/1B已经停止工作，HY-2A降级工作，其余卫星在轨正常工作。

1．在轨海洋卫星用途

海洋卫星根据不同要素的探测技术能力与特点、时间与空间分辨率、覆盖范围与监测频次要求设计，按用途分为三类，包括海洋水色环境、海洋动力环境、海洋监视监测系列。

海洋一号系列卫星用于海洋水色、水温、海岸带观测，HY-1A/1B为试验星，配置海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪。HY-1C/1D为业务星，配置海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、定标光谱仪、船舶自动识别系统，上、下午组网观测，陆海兼顾，载荷具有多种空间分辨率、高信噪比、高动态范围与宽刈幅等优点。

海洋二号系列卫星用于全球全天候海面风场、浪高、海面高度、海面温度等多种海洋动力环境参数监测，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、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等提供支撑服务，载荷为雷达高度计、微波散射计、微波辐射计、双频全球定位系统、船舶自动识别系统、数据收集系统、双向数据通信等，HY-2A为试验星，HY-2B/2C/2D三星实现业务化组网观测。

海洋监视监测系列卫星用于全天候全球海洋和陆地信息的监视监测，载荷为C频段多极化合成孔径雷达，用于海洋、减灾、水利及气象等多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地环境资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑，试验卫星即为GF-3卫星，后续卫星1米C-SAR两颗与GF-3卫星组网，将分别在2021年与2022年发射。

国际合作试验卫星：CFOSAT为中法两国合作的科研试验卫星，中方提供散射计，法方提供波谱仪，主要任务是获取全球海面波浪谱、海面风场、南北极海冰信息，进一步加强对海洋动力环境变化规律的科学认知；提高对巨浪、海洋热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度与时效；同时获取极地冰盖相关数据，为全球气候变化研究提供基础信息。

2．卫星载荷配置、轨道与工作模式

根据任务使用需求、探测手段与约束条件配置载荷，已配置的载荷包括海洋水色水温扫描仪、海岸带成像仪、紫外成像仪、定标光谱仪、雷达高度计、微波散射计、微波辐射计、校正辐射计、合成孔径雷达、波谱仪、全球定位系统、船舶自动识别系统、数据收集系统、激光测距系统、多普勒雷达和无线电定位组合系统近 20种载荷，探测手段覆盖紫外、可见光、近红外、红外以及主被动微波遥感，品种多，定量化精度高，研制难度大。

在轨的海洋卫星HY-1C/1D、HY-2B、CFOSAT、GF-3为太阳同步轨道，每天对全球探测的地方时间基本相同，分别在凌晨、早晨、上午、下午和晚上5个时间段经过我国海域，各卫星每天24小时工作，每天绕南北两极方向飞行14或15圈。HY-2C/2D卫星为倾斜轨道，与HY-2B组网以提高海洋动力环境参数的观测时效。

各卫星24小时工作，各载荷大部分全球开机探测，实现对全球、南北极、海岸带、海岛探测，每个载荷覆盖宽度从10～3000km，覆盖周期1～3天，扫描幅宽大的遥感载荷覆盖全球的周期短，而扫描幅宽小的遥感载荷覆盖全球周期就要长一些。覆盖最宽的是海洋水色水温扫描仪，扫描幅宽为3000km, 每天白天、晚上覆盖全球一次，散射计幅宽1300～1750km，早晚观测一次，实现对全球两天一次观测。

3．海洋卫星可兼顾大尺度陆地监测，为快速普查与应急救灾提供支撑

海洋卫星不仅可以监测海洋，在经过陆地时获取的信息也十分丰富，其中GF-3卫星本身就是陆海兼顾的卫星，可全天候监测水体与陆地地表。HY-1C/1D卫星的载荷扫描幅宽大，数据获取周期短，针对水体设计，动态范围大，信噪比高，辐射性能好，也是陆地自然资源普查、生态环境与洪涝灾害、森林火灾监测的有力工具。

4．星地系统一体化管理，获取数据时效快

海洋卫星运行由国家卫星海洋应用中心统一负责，从卫星探测计划与管控、多个地面站数据实时接收、数据通信传输、标准基础产品制作、数据定标与产品真实性检验、产品存档与分发全过程自主控制，多卫星业务化生产链条完整，海洋卫星星地一体化运行体系日趋完善，海洋卫星组网业务化运行能力基本形成。在海洋卫星处理过程中，针对境内探测数据，当轨接收之后一小时内完成产品制作；境外数据通过延迟回放处理，延迟2小时到12小时之间。

四、海洋卫星未来发展建议

根据国家需求与科技创新成果，继续推进国家空间基础设施建设，一是推动原来规划的各类卫星如期立项研制、发射，确保国家空基规划圆满完成；二是跟踪监督正在研制的卫星过程，做好协调，保证质量，按期发射；三是做好在轨卫星的管理，确保卫星安全稳定连续与延寿工作，发挥每颗卫星的效能、效益，在轨卫星若出现故障或停止工作时，有备份卫星及时发射补充，保持数据连续性与完整性。

加大研发力度，推动高轨海岸带卫星和高轨SAR卫星立项，进一步提高卫星观测时效和全天候工作时间。推进激光雷达及高分辨率海流观测载荷研发，拓展海洋卫星观测手段。

充分利用最新技术手段与成果，对几十年来的历史卫星数据进行整理归档与重处理，形成标准的基础数据集，利用大数据分析工具挖掘可用信息，提高历史数据价值和利用率。

开展多源数据融合研究，提取更丰富的信息，一是不同探测手段之间的信息融合；二是不同时空尺度的要素信息融合；三是不同类卫星包括陆地、气象、国外卫星、商业卫星数据之间的融合使用。

完善地面系统能力建设，确保数据质量，丰富产品品种，加强应用系统建设，建立各类应用平台，拓展应用领域，推动地方区域应用，打通数据产品到应用信息服务最后一公里，提高数据利用率和定量化水平。