新一代海洋水色卫星，“透视”蓝色国土

文/王乐天

2023 年11 月16 日11 时55 分，在我国酒泉卫星发射中心，长征二号丙/远征一号S 运载火箭托举新一代海洋水色观测卫星直冲云霄，随后卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。这意味着我国海洋水色系列卫星正式升级到第二代观测体系。

这是世界首颗针对全球多种水体、采用多种探测手段的高精度海洋水色观测卫星，可实现对全球大洋、近海、近岸及岛屿、港口的水色、水温、海冰、悬浮物质、水生态环境等要素的大范围连续动态监测，为我国主要航道、海上热点地区、重要港口等提供及时的遥感信息服务。

▲ 我国新一代海洋水色卫星发射升空 张久平 摄

▲ 新一代海洋水色卫星观测我国附近海域示意图

全面升级换代 组网能力提升

在我们的眼中，海洋主要是蓝色的。然而，真正的水色可能包含了从蓝色到绿色甚至红色等更微妙的波长的混合。

海洋水色卫星可以捕捉到人眼无法分辨的水色差异。科学家可根据海洋水色卫星从太空中监测到的由海洋表面反射的阳光波长，做进一步的科学研究，这对于了解海洋、保护海洋有着重要意义。

目前，我国成功发射了多颗海洋卫星，涵盖了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测3 个系列。其中，海洋水色系列卫星是以可见光和红外成像观测为手段的海洋遥感卫星，主要用于海洋水色、水温、海岸带观测。

与海洋一号C/D 两星相比，此次全新升级的2.0 版本——新一代海洋水色观测卫星的有效载荷在谱段优化配置与性能指标上均有大幅提高，极大提升了应用效能。

“发射新一代海洋水色观测卫星，对于用户来说，最直观的感受就是数据量、光谱、分辨率以及数据精度都提高了。”卫星总设计师介绍称。

卫星研制人员透露，新一代海洋水色水温扫描仪的空间分辨率整整提升了1 倍。除此之外，其谱段数量、偏振灵敏度抑制水平提高了近1 倍，杂光抑制水平则提高了近3 倍，综合性能位居世界前列。

“本次新增的中分可编程成像光谱仪主要用于中国近海和近岸水体环境监测，具有可见和短波红外探测谱段。”卫星总设计师介绍，该卫星提供的数据产品将在大洋与海岸带监测等方面发挥重大作用，提高我国海域水体监测能力、海洋遥感卫星观测水平。

此外，新一代海洋水色观测卫星将与在轨运行的海洋一号C/D 卫星相互配合。海洋一号C星采用上午降轨成像，D 星则采用下午升轨成像，两星组成了我国首个海洋民用业务卫星星座，具备全球水色水温探测覆盖能力。新一代卫星的加入，则进一步提高了重访能力。

新一代海洋水色观测卫星有望为我国第40 次南极考察任务保驾护航。据公开资料显示，国家卫星海洋应用中心对雪龙船的船载系统进行了软硬件设备的升级改造，使雪龙船具备接收处理新一代海洋水色观测卫星等卫星数据的能力，这将极大提升雪龙船在极地冰区的航行保障水平。

“看”得更清楚 功能更全面

从太空中“看海”，最大的问题就是海洋太暗，而且还受到云层、海面阳光反射等因素干扰。新一代海洋水色观测卫星配置了全新的探测仪器载荷——水色水温扫描仪、中分辨率可编程成像光谱仪和海岸带成像光谱仪，分辨率、在轨定标精度、信噪比等关键指标均大幅提升。

其中，分辨率反映了卫星对细节的观测能力，决定了卫星观测图像的清晰程度。更高的定标精度，意味着卫星观测更加精准。更高的信噪比，意味着卫星能够更加可靠地传输观测数据。

文献[18]通过对换向流动反应器数学模型的无量纲分析及推导简化，得到了用于指导反应器工业设计的无量纲数及反应器参数之间的关联式，并进行了反应器的设计计算验证。

该卫星首次采用了望远镜整体旋转的扫描成像技术，借助可360 度旋转扫描的水色水温扫描仪，还能够360度全景“看”地球、太阳、月亮乃至深空，利用这些观测数据来更好标定对地成像的精准度，确保8 年在轨寿命期内稳定收获成果。

与海洋一号C/D 卫星相比，新一代海洋水色观测卫星的全球大洋水色水温观测空间分辨率由1100 米提高至500 米，海岸带环境观测空间分辨率由50 米提高至20 米，而且具备5 米空间分辨率的地物全色信息探测能力，还增加了100 米中等分辨率的海洋生态环境要素观测能力。

由于海岸带成像仪对杂散光的抑制能力好，观测的景物亮暗动态范围大，海洋水色、极地冰川等目标都被“看”得清清楚楚。水色水温扫描仪5 秒就能“看”遍大半个中国，无论光线强弱，都能拍摄高清图像。

成像谱段是卫星传感器能捕获到的光波范围，通过研究每个谱段，可以获得相应的独特信息。与海洋一号C/D卫星相比，新一代海洋水色观测卫星的成像谱段从16 个增加至46 个。这意味着，卫星能获取更加全面丰富的水色数据，还可以获得大气、植被、污染物等数据。

▲ 新一代海洋水色卫星观测大范围海洋示意图

▲ 新一代海洋水色卫星高精度观测特定海域示意图

据悉，新一代海洋水色观测卫星的海岸带成像仪有9 个谱段，用1 个全色谱段和8 个多光谱谱段同时守望祖国的蓝色海疆，能够将海岸带区域的陆地和浅海目标“看”得一清二楚，海水的各种不同颜色和海温，如赤潮、绿潮、悬浮泥沙等，尽收“眼”底。

基于载荷配置和高性能观测能力，新一代海洋水色观测卫星除了观测海洋外，还将在国土、生态、气象和交通等行业开展应用：国土行业可以开展海岸带生态地质环境监测、土地变更调查与监测等；生态行业可以开展河口港湾水质监测、近海环境污染监测等；气象行业可以开展湖泊藻类水华监测、全国地表高温监测等；交通行业可以开展航道冰情监测、船舶溢油监测、船舶航行保障与救援等。

▲ 新一代海洋水色卫星能够快速观测大面积海域

▲ 新一代海洋水色卫星结构示意图

“主线”并跑 “副本”超越

新一代海洋水色观测卫星01 星由五院航天东方红卫星有限公司抓总研制。成功的背后，历经了2 年的先期关键技术攻关、5 年的项目研制，以及科研人员无数个日夜的坚守，攻克了多项技术难点。

“为了提高新一代海洋水色观测卫星的在轨寿命，就需要保证转动机构的高可靠性。”卫星总设计师介绍，仅卫星载荷就有多套转动机构，设计考虑因素较多。

以海洋水色水温扫描仪为例，科研人员既要保证所有转动机构在运行时不会相互干扰，还要考虑红外成像的制冷问题。卫星研制团队组织五院专家针对转动部件和制冷机开展了生产过程专项复查，对相关单机的寿命试验情况进行了专项检查，并对相关加速试验方案的拆解方案进行了多次评审。最终，研制团队对历次审查中专家提出的十六大项目共148 个问题和意见进行了详细书面答复，完成问题闭环。

对质量问题“抽丝剥茧”，是我国科研人员延续的习惯，也是新卫星实现超越的基础。在创建之初，航天东方红卫星公司就对小卫星提出了“好、快、省”的研制口号——指标要好，研制周期要快，成本要省。这份刻在航天人骨子里的质量意识，也为后续成功奠定了坚实基础。

自1978 年美国发射第一颗海洋卫星开始，日本、加拿大、俄罗斯及欧共体（欧盟）都相继发射了海洋卫星。

1986 年，我国组织开展海洋卫星研制、发射的论证工作。1997 年，海洋一号卫星被正式批准立项研制。2000 年11 月，中国政府发表首部《中国的航天》白皮书，明确指出要建立长期稳定运行的卫星对地观测体系，而海洋卫星是其中的重要组成部分。2002 年5 月15 日，海洋一号卫星发射升空，实现了我国海洋卫星“零”的突破。单从发射时间来看，我国在海洋卫星领域的起步晚了24 年，时不我待。

“海洋一号卫星已经达到了国外第二代同类卫星的水平，而新一代海洋水色观测卫星则与国际第三代同类卫星的水平相当。”卫星总设计师表示，“虽然起步晚，但我们已经实现了‘并跑’，甚至有些领域已经达到了领先水平。”

在科研人员眼中，“新一代”只是更高的起点。卫星总设计师表示：“我们还会不断突破，努力让我国海洋水色卫星逐步由‘并跑’走向‘领跑’，为我国航天强国建设和海洋强国建设提供有力支撑。”