“海絲二號”海小衛(wèi)星太空作業(yè)模擬動畫（來源：航天東方紅有限公司（東南網(wǎng)））

翱翔于太空的“海絲二號”衛(wèi)星拍到的2.6萬多張圖片，都是拍的什么呢？是星空和宇宙嗎？恰恰相反，它瞄準的是咱們生活的地球，并且是專注于海洋的，無愧于它名字當(dāng)中的“?！弊?。

“海絲二號”衛(wèi)星有許多創(chuàng)新之處，不過并非獨一無二，其實以往全世界已經(jīng)發(fā)射過許多“海洋衛(wèi)星”。海洋衛(wèi)星是一類遙感衛(wèi)星，主要采用光學(xué)的方法，遠距離實施海洋生態(tài)環(huán)境的綜合觀測。我國早在2002年就發(fā)射了首顆海洋衛(wèi)星——“海洋一號”衛(wèi)星。

(相關(guān)資料圖)

衛(wèi)星距離地表很遠，不可能比靠近了看得更真切，為什么要從太空中用衛(wèi)星看海洋呢？

海洋衛(wèi)星覆蓋范圍大，特別是要覆蓋地球半球乃至全球

海洋非常廣闊，占地球表面約70%，并且其海面、海浪等要素的變化也相當(dāng)迅速，作為高飛在宇宙中的衛(wèi)星，可以想見，海洋衛(wèi)星的探測能覆蓋龐大的海面區(qū)域，特別是對地球半球乃至全球探測能力，不僅能夠探測盡可能大范圍內(nèi)的海洋信息，還能用來研究大氣環(huán)流、厄爾尼諾現(xiàn)象等大尺度現(xiàn)象。

2015年12月太平洋海面溫度隨地理經(jīng)度的大范圍變化（圖片來源：https://www.nnvl.noaa.gov/StoryMaps/DITC/ENSO/ElNino_TeachersGuide.pdf）

“海絲二號”衛(wèi)星飛行于太陽同步軌道，這也是遙感類衛(wèi)星經(jīng)常選取的一類軌道。衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，怎么跟太陽同步呢？利用軌道進動效應(yīng)，太陽同步軌道選擇了略微大于90°的軌道傾角，根據(jù)計算，進動的速度大約為1°，正好使軌道平面與太陽始終保持固定的取向。也就是說，衛(wèi)星的軌道平面也在進行一年360°的旋轉(zhuǎn)，正好總是垂直于太陽與地球的連線，那么在地球周圍轉(zhuǎn)圈的衛(wèi)星就不會被地球擋住，可以充分照射太陽光，也就實現(xiàn)了“太陽同步”。因此，太陽同步軌道所“同步”的，其實是地球的公轉(zhuǎn)。

這么做有兩個好處，一是可以最大化利用太陽能發(fā)電，二是衛(wèi)星每次飛越某地上空時，太陽都是從同一角度照射該地，通過對比拍攝的照片，可以獲得更多的信息。所以海洋衛(wèi)星選擇這類軌道，對海洋圖像信息的獲取和比較非常有利。

從太空中看，太陽同步軌道是軌道平面繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的，方向與地球公轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)角速度等于地球公轉(zhuǎn)的平均角速度（360°/年）。

海洋衛(wèi)星要能進行全天候全天時探測，地面覆蓋周期要短

首先海洋日日夜夜、年年歲歲都在變化，對海洋特征的探測不是一朝一夕，海洋衛(wèi)星可以盡量不受天氣制約的進行觀測，并且是長年累月的觀測。另外海洋上的動力學(xué)過程，諸如海面的風(fēng)、浪、潮汐、浮冰等，它們隨時間變化很快，所以要求持續(xù)觀測并且繞地球飛行的周期短，盡可能早點轉(zhuǎn)回來繼續(xù)觀測現(xiàn)象的變化。

國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心利用中法海洋衛(wèi)星觀測臺風(fēng)“庫奇馬”（圖片來源：http://www.nssc.ac.cn/xwdt2015/xwsd2015/202002/W020200226362286947032.jpg）

我們剛才說到“海絲二號”衛(wèi)星飛行于太陽同步軌道，這類軌道的高度一般在500-700千米左右，大多數(shù)衛(wèi)星只需要1個半小時左右就可以繞地球一圈。雖然衛(wèi)星轉(zhuǎn)一圈時已經(jīng)不在原先的海域上空，但海洋上的許多現(xiàn)象擴張范圍極大，再加上衛(wèi)星拍攝的區(qū)域也有一定的寬度，再與其他衛(wèi)星結(jié)合，就能很好的完成任務(wù)。

海洋衛(wèi)星除了定性探測，還要盡量提高定量探測精度

對于一些水平變化尺度大的海洋現(xiàn)象，或許定性探測就能滿足，但大部分海洋探測還是盡量要求定量探測，比如我們大范圍探測海平面的高度，目前衛(wèi)星探測相對精度可達1～3cm，這有這樣盡可能精細的探測，才能從中研究出盡可能的科學(xué)信息。其他海洋信息也是如此。目前海洋衛(wèi)星探測的精度雖然有限，但還可以進一步提高。

例如，“海絲二號”衛(wèi)星是以近海及內(nèi)陸水體的生態(tài)環(huán)境為觀測目標的微納光學(xué)遙感衛(wèi)星，主載荷為一臺多光譜相機，配置8個水色專用可見/近紅外多光譜波段（中心波長450/490/570/625/680/710/745/865納米），星下點地面像元分辨率20米，大大優(yōu)于傳統(tǒng)衛(wèi)星的1千米分辨率，特別是選取的這些波段利于近海及內(nèi)陸水體觀測，尤其是更好的呈現(xiàn)赤潮或溢油斑塊。8個波段信噪比都大于270，也大大優(yōu)于其他多光譜小衛(wèi)星，有利于生成更高質(zhì)量的水質(zhì)定量產(chǎn)品。

相比一般衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星的軌道定位精度要求較高

海洋衛(wèi)星對定量探測的探測精度有要求，自然對其衛(wèi)星軌道徑向高度測定精度要求也十分高，這樣才能盡可能準確的進行數(shù)學(xué)解算。海洋衛(wèi)星與通常測定軌精度相比可能要高出幾個量級。目前采取星上GPS定位、地面全球激光測距和無線電全球測距網(wǎng)等多項措施來實現(xiàn)。

海洋風(fēng)場的實時監(jiān)測（圖片來源：國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心微信小程序）

正是這些特點以及對應(yīng)的要求，讓海洋衛(wèi)星與地球上的海洋調(diào)查相比有著自己的特別之處。衛(wèi)星廣闊的覆蓋能力，不受地理位置、天氣和人為條件的限制，可以觸及地面難以直接抵達的區(qū)域，比如偏遠地區(qū)或危險地區(qū)，或者涉及政治敏感的海區(qū)；它“站得高看得遠”，能夠直接提供大面積的海面圖像，有利于大面積繪圖和監(jiān)測；它不斷繞地球飛行，能周期性地監(jiān)視海洋特征的隨時間的長期或短期變化，諸如環(huán)流、海面溫度場、魚群遷移、污染物擴散等。

“海絲二號”能實現(xiàn)哪些對海洋高精度的監(jiān)測？

具體到“海絲二號”衛(wèi)星，它選擇的8個信道，對海洋高精度的監(jiān)測，到底都能做點什么呢？

例如，“海絲二號”衛(wèi)星的觀測圖片中可以獲知水體上層的葉綠素濃度、初級生產(chǎn)力、懸浮泥沙、透明度等水體基礎(chǔ)參數(shù)，辨識大型藻類及浮游植物的類別；

又如，“海絲二號”衛(wèi)星能對清澈的淺海進行水深測量和底質(zhì)分類，實現(xiàn)對特定水域的地形監(jiān)測；

再者，“海絲二號”衛(wèi)星能夠?qū)８蹫?、河口及?nèi)陸湖庫、河流等進行細化的水質(zhì)檢測，例如監(jiān)測赤潮、溢油事件，助力防災(zāi)減災(zāi)等；

“海絲二號”號衛(wèi)星還有一項與時俱進的課題——碳排放和碳中和。“海絲二號”號衛(wèi)星可以幫助水體-大氣之間二氧化碳通量及其他碳循環(huán)參量的估算，提升中國近海碳通量的定量準確性。

這些工作如果測量人員乘船去現(xiàn)場考察，花費的力氣要大很多，交給衛(wèi)星是非常有利的。

海絲二號小衛(wèi)星Logo / 設(shè)計師：蔡尊皇（圖片來源：東南網(wǎng)）

研發(fā)了“海絲一號”和“海絲二號”的廈門大學(xué)與其合作伙伴，未來計劃發(fā)射多顆輕小型SAR（合成孔徑雷達）衛(wèi)星和多光譜水色小衛(wèi)星，在太空中構(gòu)成“海絲星座”，全面組網(wǎng)運行，以高時間分辨率全面覆蓋海岸帶以及大型湖庫和流域，有如在地球上空布下一面“天網(wǎng)”，讓人類更好、更快地了解江河湖海每一個角落正在發(fā)生的變化。

出品：科普中國

作者：王錚

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