走向业务服务的中国卫星——中国卫星发展的现状和未来

走向业务服务的中国卫星——中国卫星发展的现状和未来东方红一号卫星成功发射，推动了我国卫星事业的蓬勃发展。到目前为止，我国研制并发射了50多颗各类卫星，其中包括返回式遥感系列、实践系列卫星、通信系列卫星、导航卫星、气象系列卫星、海洋卫星和资源系列卫星等。我国卫星已经从卫星技术试验、应用业务试验，逐步向全面服务于国民经济建设的方向发展。国防科工委成立以来，发表《中国的航天》白皮书，总结航天事业几十年来的发展成就，提出了中国航天发展思路，规划中国航天未来发展方向。明确提出：中国航天包括了空间技术、空间应用、空间科学三大领域。为我国卫星持续稳定的发展、服务于国民经济建设、在国防建设和科技进步创造了良好的环境。国防科工委2003年民用航天工作会上，总结了五年来的民用航天工作成果，提出民用航天全面服务于国民经济建设的发展思路，并启动研究“十一五”计划，展示了我国卫星发展更加广阔的前景。一、我国在轨运行的卫星在各应用领域中发挥着重要作用目前我国在轨运行的卫星包括通信卫星、导航定位卫星、资源系列卫星、风云系列卫星、海洋一号卫星等十多颗卫星，分别在不同的卫星应用领域发挥着重要作用。东方红系列卫星经过通信技术试验、应用试验已转入了业务应用。在我国卫星广播、电视、电话业务系统、远程医疗网络系统、卫星电视远程教育网络等领域提供了重要的技术支持。东方红三号卫星是我国目前正在应用的业务通信卫星，该卫星属于中等容量的通信卫星，配置了24个C频段转发器，工作寿命8年。随着应用市场的不断扩大，我国通信卫星的市场份额正逐渐减少。面对通信卫星的更新换代，通信卫星新一轮的市场竞争将变得更加激烈。北斗一号卫星系统是我国卫星第一代导航试验系统，具有全天候、高精度、快速实时特点。采用两颗静止轨道卫星配合地面数字高程数据，实现区域导航定位。该系统已正式投入应用，并通过卫星在轨备份方式实现长期稳定的业务服务。由于容量限制，基于我国自己导航卫星的导航应用产业尚未形成，无法满足导航定位需求。在卫星业务服务和商业运行中，我国导航卫星产业和通信卫星一样受到严峻挑战。1999年5月10日和2002年5月15日发射的两颗风云一号气象卫星和2000年6月25日发射的风云二号静止轨道气象卫星，构成了我国第一代气象卫星系统。初步具备全球大范围环境变化监测和高时间分辨率区域探测的能力，成为国际气象卫星观测网的一个重要组成部分。为我国天气预报、气象科学研究、环境保护和国防建设提供重要资料。资源一号卫星是我国第一颗高分辨率多光谱传输型卫星，是中巴合作研制的应用卫星，被誉为“南南合作的典范”。1999年10月18日，发射以来一直在轨正常运行。已经获取了几十万幅地球表面高分辨率的遥感图像，为用户提供了近万景数据产品。该卫星配置多光谱扫描仪、CCD相机和宽视场成像仪，提供从20米、80米、160米和258米多种空间分辨率，光谱范围从可见光到热红外谱段，其技术水平达到国际20世纪90年代水平。广泛应用于植被监测、农业估产、土地资源调查及动态监测、地质矿产资源调查和评价、水资源调查和评价、城市建设、国家重大工程建设等领域。目前国土资源部、农业部、林业部、水利部、环保局等部委正积极采用资源卫星数据，并推荐作为主要数据源纳入其业务应用体系中。2002年5月15日发射的海洋一号卫星,是中国自主研制和发射的第一颗用于海洋水色水温探测的试验型业务卫星。星上配置了海洋水色水温探测和250米分辨率的多光谱CCD相机两台有效载荷，和国际其他海洋卫星相比，具有同步海洋水色水温、提供更加详细的海岸带、近海大陆架数据的特点。该卫星已初步建起了赤潮监测的业务系统、远海渔业预报产品和海冰预报产品。随着业务试验的不断深入，必将在海洋监测与保护等各应域起到重要作用。二、“十五”期间，加强卫星技术研究，构建应用卫星体系抓住21世纪前20年我国发展的机遇期，国防科工委站在全面服务于国民经济建设的高度，站在高起点参与国际航天市场竞争的高度，编制并发布了中长期发展规划。在卫星研制方面按打好基础、开拓领域、保障可持续发展的原则，重点安排了大型静止轨道公用平台、第二代“风云”系列卫星、环境卫星以及空间科学卫星等卫星项目。为我国卫星技术发展和卫星应用服务奠定基础，初步形成应用卫星体系。1.发展大型静止轨道通信卫星公用平台，满足未来通信卫星业务需要在未来十年中，传统的通信卫星业务对卫星转发器需求量继续平稳增长。宽带卫星多媒体和互联网接入等技术的发展对卫星转发器总需求量将增加一倍。现有业务通信卫星的更新换代，使得通信卫星具有非常大的市场潜力。“十五”期间国防科工委重点支持了大型静止轨道通信卫星公用平台项目的研究。力图在“十五”末突破设计寿命15年、载荷能力600－800Kg、输出功率8000－10000瓦的卫星公用平台技术攻关，并开展技术验证。利用国际合作大幅度提升我国通信卫星的整体水平，以确保满足我国通信卫星市场的需求，进而在国际通信卫星市场竞争中占有一席之地。2.开发高性能应用卫星，初步形成应用卫星体系根据卫星气象观测的需要，“十五”期间安排了风云三号卫星，作为风云一号卫星的未来替代星，计划“十五”末期发射试验星。在风云一号卫星应用的基础上，风云三号卫星重点解决三维大气探测和全天候探测，大幅度提高全球资料获取能力，进一步提高云区和地表特征遥感能力，从而能够获取全球、全天候、三维、定量的大气、地表和海表特性参数。为中期数值天气预报、大范围自然灾害和地表生态环境监测、全球气候变化规律、气候预测等提供各种气象及地球物理参数等。卫星配置了十多种有效载荷，不仅提高了空间分辨率，在光谱探测方面也从可见红外波段扩展到紫外、远红外、微波波段。卫星设计按国际标准的CCSDS数据协议增强了其扩展性和通用性，为卫星遥感能力的进一步扩展、国际数据交流、开拓商业服务市场奠定了技术基础。“十五”末期发射海洋一号B星将作为A星的业务延续，进一步稳定海洋水色遥感卫星的业务运行体系。发射资源一号02星，保证资源卫星应用业务的稳定性的同时，启动资源一号03／04星的研制工作，在“十五”末期到“十一五”初期实现资源卫星的升级换代。资源一号03／04星是在资源一号卫星基础上，进一步提高空间分辨率，形成以高空间分辨率、多种空间分辨率、多光谱（可见光到热红外）为主要特点的卫星系统，服务于国内对地观测的不同用户需求，在国际对地观测卫星体系中占有一席之地。“十五”期间针对环境和灾害监测高时间分辨率、较高空间分辨率的应用需求。坚持“快、好、省”的原则，在CAST968成熟平台基础上，启动环境与灾害监测小卫星星座的研制工作。争取在“十五”末到“十一五”初完成环境卫星星座的2＋1方案，补充气象、海洋、资源卫星系列卫星的不足。环境卫星星座设计4颗光学卫星和4颗合成孔径雷达卫星组成，空间分辨率在30－300米范围内，光谱范围覆盖可见光到热红外，并增加了超光谱成像和合成孔径雷达成像的功能。环境卫星星座系统运行，最终可实现对环境变化和灾害的全天时、全天候、高频次的观测能力。3.开展空间科学卫星项目研究，启动月球探测工程论证几十年的空间环境探测试验和研究，是以满足卫星的空间环境予报为目的，已经形成了对地球空间环境的初步认识。为进一步系统研究地球磁层亚暴、磁层暴和磁层粒子暴的触发机制及太阳活动和行星际扰动响应的过程，建立符合实际的空间环境动态模式，研究相应的预报方法，中国国家航天局与欧洲空间局于2001年9月正式签署了合作研制地球空间探测双星计划协议。这是我国首次以空间科学应用为目标开展的卫星工程研究计划。双星计划的主要任务是利用两颗小卫星探测近地赤道区和近地极区两个近地磁层活动区的电磁场和能量粒子的时空变化规律，与欧空局CLUSTER计划共同完成对近地空间环境的系统研究，将有力地推动我国空间物理学科的发展，提高我国空间物理研究和空间环境预报的创新能力。双星计划受到了美国和俄罗斯空间科学界的重视，将该计划纳入了国际日地物理计划（ISTP）之中。本着服务于科技进步、和平开发利用空间资源的目的，“十五”期间我国正式启动了月球探测工程的论证工作。通过对月球的探测，深化人类对地球环境和宇宙空间的认识，提高我国空间科学研究的地位；带动空间基础技术快速发展、开拓空间应用的新领域，更好的服务于国民经济和国防建设。目前初步确定的科学目标为进行月球的三维影像分析、月壤厚度探查、月球有用元素和物质类型的分布，获取地月空间环境数据。4.开展背景型号项目论证和关键技术攻关工作。为促进民用航天的可持续发展和更好的服务于经济建设，国防科工委在“十五”民用航天计划中，重点支持了明确需求的背景型号项目，安排了风云四号卫星、海洋动力学环境卫星（海洋二号卫星）、空间太阳望远镜卫星等背景型号项目。还有针对性的组织对未来通信卫星、资源卫星和深空探测项目的论证工作。风云四号卫星是我国第二代静止气象卫星,计划2012年左右接替风云二号卫星投入业务应用。其发展目标是：采用三轴稳定方式卫星观测平台；加强中小尺度天气系统的监测能力；发展大气垂直探测，解决对地三维遥感。和风云二号卫星相比，风云四号卫星具有空间分辨率提高一倍、全圆盘图获取时间提高一倍、增加了三维探测能力等优点，特别是快速区域成像和探测功能，将为我国灾害监测、突发气象灾害和军事气象提供不可替代的观测手段。星上配置多种有效载荷，用于获取二维图像、垂直探测信息和探测闪电强度和分布。海洋动力学环境卫星（海洋二号卫星）主要用于海洋动力环境监测。采用微波探测技术，具有海洋表面高度测量、海面风速和风向探测，全天候、全天时海洋表面温度探测功能。可以提供我国近海和各大洋海况（海浪、浪高）、海面风场、温度场等数据产品。计划“十一五”末期投入业务运行。空间太阳望远镜卫星项目是根据中科院艾国祥院士提出的太阳表面偏振探测理论，对太阳活动和太阳表面突发事件进行精细观测，进而深入研究太阳的活动规律，为空间环境预报提供重要依据和新方法，实现空间太阳物理研究的重大突破。理论方法和试验都是我国首创的，在国际太阳天文观测领域具有重要地位。该项目计划“十五”末期立项开展工程研制。三、展望未来通过执行“十五”计划，我国卫星技术进一步成熟，特别是卫星公用平台得到了不断发展和完善。到“十五”末我国卫星的研制和生产能力将得到较大的提高。卫星研制周期将从首发星的10－15年缩短到3－5年，成熟卫星的生产周期将缩短到两年以内。建立长期稳定的应用卫星体系仍然任重道远，在我国信息化带动工业化的新型工业化道路的建设中，不仅通信卫星作为信息传输途径具有广阔的发展前景。导航卫星和遥感卫星也作为重要的基础数据和应用数据源的工具，展示着无限的发展空间。随着国家经济的繁荣和社会的发展，探索空间的未知领域也必将成为民族振兴和科技进步的重要标志，我国卫星发展的前景广阔。展望未来，我们启动了中国航天未来20年发展战略研究，围绕着全面服务与国民经济建设、国防建设和科技进步的要求，在国家天基（空间）基础设施框架下，完善我国卫星业务服务体系。在实现“业务服务型”转化的基础上，统筹安排业务试验卫星研制，建立长期稳定的可持续发展卫星研制生产机制。坚持“走出去，引进来”原则，加强国际空间政府间合作，为中国的航天发展建立良好的国际合作环境，充分利用国际合作，提升我国卫星研制整体水平，开创中国航天跨越式发展的新局面。.