国外海洋卫星的现状与未来

□ 东方星

卫星海洋遥感对观测与研究全球海洋环境和海洋资源具有重要作用，其特点是快速、连续、大范围和能同时观测多个参数。目前，全球已发射了40多颗探测海洋的卫星，包括专用海洋卫星和装载多种遥感器具有大气、海洋、陆地等环境监测能力的综合型遥感卫星。海洋卫星是专门用于观测和研究海洋的人造地球卫星。虽然利用气象卫星和资源卫星也可以获得一些海洋现象的信息，但由于海洋现象和变化的特殊性，对其观测和研究需要专门的海洋卫星。这类卫星主要携带红外和微波遥感器，以便接受海洋辐射和反射的电磁波信息，并将这些信息发送给地面，经处理就能获得反映海洋现象和变化的各种重要信息。

日本海洋观测卫星-1

分类的方法

与中国海洋卫星一样，国外海洋卫星也分三类，但分类方法有所不同。其具体分类方法如下：

美国海洋卫星-1海洋动力环境卫星，是世界上第一颗海洋卫星

一类是海洋水色卫星。这类卫星与中国的海洋一号系列卫星一样的，主要用于探测海洋水色要素，如叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、有色可溶有机物等，此外也可获得浅海水下地形、海冰、海水污染以及海流等有价值的信息。它的主遥感器是海洋水色仪，即可见光多光谱扫描辐射计，特点是采用定量遥感仪器，灵敏度和信噪比高，光谱分辨率高，含大气校正波段。其典型代表是美国“海星”卫星和印度遥感卫星-P3等。此外，还有其他多颗这样的卫星。

印度海洋卫星-2

第二类是海洋地形卫星。它主要用于探测海表面拓扑，即探测海平面高度的空间分布、海冰、波高、海面风速和海流等。其在地球物理、海洋大中尺度动力过程等学科研究上的科学价值以及在海洋灾害预报和海底油气资源勘探开发方面的经济价值是显而易见的。这类卫星一般只配置2台遥感器，即雷达高度计和微波辐射计，主遥感器是雷达高度计，微波辐射计仅作为水汽遥感器使用，为雷达高度计的水汽订正服务。其典型代表是的美国和法国合作研制的“托佩克斯/海神”和“贾森”1、2等。

第三类是海洋动力环境卫星。它主要用于探测海洋动力环境要素，如海面风场、浪场、流场、海冰等，此外，还可获得海洋污染，浅水水下地形、海平面高度信息。其通常装载有合成孔径雷达、微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等（微波辐射计仅作为水汽遥感器使用）。这些微波遥感器组合后可提供全天时、全天候的海况实时监测资料，能获得波向、波浪功率谱和流场及海温等方面的信息，实时监测的高覆盖率，大面积测量和高分辨率海面资料对改进海况数值预报模式，提高预报效果，包括短期、中期乃至长期预报具有极其重要的意义。其典型代表是的欧洲遥感卫星-1、2和环境卫星-1。欧洲遥感卫星-1、2装有微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等遥感器，主要目的是开展卫星测量海洋动力基本要素，为用户进行业务服务及为世界大洋合作研究项目提供业务服务参数（包括海面风场、大地水准面、海洋重力场、极地海冰的面积、边界线、海况、风速、海面温度和水气等）。

欧洲遥感卫星-1用于测量海洋动力基本要素

美法合作研制的“托佩克斯/海神”（左）和“贾森”2对海洋进行联合探测

这三类卫星是监测全球海洋变化研究的重要手段。例如，已用欧洲遥感卫星-1、2加强了对海洋动力过程的科学认识，尤其是北极海域的各类海洋现象；已用“托佩克斯/海神”卫星研究了大洋环流及其在长期气候演变中的效应等。

探海三步曲

至今，国外海洋卫星的发展现已经历了探索试验（1970～1978）、试验研究（1978～1985）和应用研究（1985～至今）三个阶段。

在探索试验阶段，早在1962年美国进行了载人水星号试验飞行，第1次从160米高空观测海洋，拍摄了海洋照片，开创了从太空探测海洋的新纪元。此后，美国先后用气象卫星、资源卫星和空间站等航天器搭载海洋探测仪器，进行探索试验。

刚刚退役的欧洲环境卫星-1

在试验研究阶段，美国于1978年6月22日发射了海洋卫星-1海洋动力环境卫星，它是世界第一颗海洋卫星。虽然由于电源故障，该卫星仅工作了106天，但它仍传回了非常有价值的数据，特别是首次提供了民用合成孔径雷达的数据，为以后发展民用合成孔径雷达打下了基础。星上雷达高度计及传回的数据也为“托佩克斯/海神”卫星打下了基础。该卫星还装有探测风场的微波散射计、探测海面温度和大气水分的多谱段微波辐射计等。

在应用研究阶段，美国、苏联／俄罗斯、日本、欧洲、加拿大、印度和韩国等国先后把形形色色的海洋卫星送上太空。

在海洋水色卫星方面，现在能研制和发射此类卫星的国家有中国、美国、俄罗斯、印度、韩国等。

1997年8月1日，美国发射了世界上第一颗专用海洋水色卫星——“海星”。该卫星只装有海洋宽视场遥感器，用于海洋水色探测和海洋生产力研究。该遥感器由一个光学扫描仪和一个电子设备模块组成，扫描装置驱动一个离轴的折叠望远镜和一个转动的半角望远镜，两者相位上同步，望远镜速率比反射镜大一倍。其应用目标包括科学和技术两方面内容。科学目标包括：确定海洋浮游生物大量繁殖的空间和时间分布，以及全球尺度上的海洋浮游生物生产力规模和变化情况；量化分析海洋在全球碳循环和其他生物化学循环中的作用；认识和量化分析海洋物理过程与大尺度生产力图形之间的关系；了解河流滋养海洋的结果；促进海洋水色数据处理技术的提高和应用的推广等。技术目标包括：研究和验证用于生物光学特性和大气修正的算法；演示和校正星上海洋宽视场遥感器数据处理系统的工作性能及测量精度，并评估其轨道特性等。

美法合作研制的“贾森”-2海洋卫星

欧洲“土壤湿度与海洋盐度”卫星

1987年、1990年，日本先后发射了海洋观测卫星-1A、1B，它们带有多种辐射计：多光谱辐射计、微波辐射计、热红外和可见光辐射计,还带有CCD探测器，主要用于观测海洋水色和海表温度。

1999年，韩国发射了韩国多用途卫星-1，装有海洋水色成像仪，用于海洋水色探测。

在海洋地形卫星方面，美国和法国合作研制的“托佩克斯/海神”和“贾森”-1、2等海洋地形卫星，先后在1992年、2001年和2008年升空，目前在轨运行的“贾森”-2卫星是目前最先进的海洋地形卫星，用于提供高精度的海面高度数据。

2008年6月20日上天的“贾森”-2耗资4.33亿美元，采用多用途卫星平台，质量只有约553千克，功率620瓦，运行在高约1336千米、倾角66°的轨道上，使用寿命为5年。该卫星用于绘制海面地形图、改进飓风等海洋天气预报，探测精度达到2.5厘米～5厘米，帮助科学家更好地跟踪洋流，了解地球环流和气候变化的规律，改进飓风等海洋天气预报，更好地认识诸如厄尔尼诺、拉尼娜等海洋气候现象，每10天完成一次对全球洋面高度的测量，从而确定海洋环流、气候变化及海平面上升情况。它携带了海神-3高度计、改进型微波辐射仪、多普勒追踪系统接收仪、激光反射镜阵列和全球定位系统等多种先进观测仪器，其中的海神-3雷达高度计可测量洋流、海浪特征和风速，测量海平面的高度的误差仅为3.3厘米左右，使得绘制海面地形图成为可能。入轨后该卫星一直向地面传输全球海平面高度、洋流流速及方向、海洋内储存的热量等数据。这些数据有助于提高飓风预测准确度，并更准确地为船舶提供海事气象预报。其另一项重要任务是收集海洋变化的各种数据，从而对全球气候变暖的规模及影响进行评估。“贾森”-2涉及的科研领域包括航海气象、海况预报、气候监测、海洋与地球系统等。

在海洋动力环境卫星方面，2002年3月1日发射的欧洲环境卫星-1是欧洲遥感卫星-1、2的后续卫星，今年刚停止工作。它上仍装载了欧洲遥感卫星-1、2上的海洋遥感器，其技术性能有所改进，探测能力亦会增强，还具有探测海洋水色环境和海岸带的能力，如叶绿素浓度、泥沙含量、有色可溶有机物及海洋污染和海岸形成过程等，而欧洲遥感卫星-1、2则不具备这种能力。该卫星配置了8台遥感器，其中用于海洋观测的包括：先进合成孔径雷达、雷达高度计、微波辐射计、先进沿轨扫描辐射计、中分辨率成像光谱仪。

苏联/俄罗斯的海洋-01系列卫星

现状与未来

1996年，印度发射了第一颗试验型海洋卫星——印度遥感卫星-P3。该卫星上的海洋观测遥感器是模块式光电扫描仪，主要用于海岸带探测，幅宽2800千米。

1999年，印度发射了一颗业务型海洋卫星——印度遥感卫星-P4（又叫海洋卫星-1）。该卫星装载的遥感器包括海洋水色监测仪和多频扫描微波辐射仪，主要用于获取海洋表面温度、风速以及海洋上空大气中的云液和水蒸汽含量等数据。2009年，印度发射了海洋卫星-2，卫星装有海洋水色监测仪和Ku频段微波散射计，主要用于海风观测。

苏联/俄罗斯从1979年起发射了一批用于海洋和极区冰况观测的海洋水色卫星，称为海洋-01系列卫星，到1995年8月底一共发射了12颗(包括1次失败)，其中1988年5月至1994年10月所发射的4颗卫星也称为海洋-1～4。这些卫星装有X波段侧视雷达、可见光/红外扫描仪、微波辐射计，重1.95吨，设计寿命半年到一年。

俄罗斯从1997年起发射新一代大型海洋-0系列卫星，设计寿命增加到3年，重量6.5吨。它装载9台遥感器，主要特点是光学遥感器分辨率提高了，可见光的分辨率25～200米，红外的分辨率100～600米。另外，乌克兰计划利用海洋-0系列卫星的平台及部分遥感器，加入合成孔径雷达进行海洋和资源探测。

2009年，欧洲发射了“土壤湿度与海洋盐度”卫星，用于提供规则的海表盐度地图，并可展示大量淡水在何处何时出现。

今年，法国和印度合作研制的“萨拉尔”海洋卫星将升空，运行在高800千米的太阳同步轨道上。该卫星质量约450千克，采用印度微型平台-2，装有法国的Ka频段高度计、多普勒轨道学与无线电定位集成卫星系统、激光反射镜阵列等，寿命为3年～5年。其中首次采用的Ka频段高度计可以避免电离层变化对测量的影响，提高观测数据的水平分辨率，改善近海、冰水混合区观测资料的精度，并增加海湾、内陆水域和陆地观测数据的采样，但Ka频段高度计对雪面的穿透深度只有0.1米～0.3米（Ku高度计为2米～10米），且在对流层中水汽含量较高时会干扰观测结果，不过，它仍能获得很高比例的可用观测数据。“萨拉尔”用于精确、连续测量全球的海洋表面高度、有效波高度和风速，提升海洋学研究水平及，以及对全球气候变化分析和预报能力。

印度和法国联合研制的“萨拉尔”海洋监测卫星

2010年上天的韩国通信-海洋-气象卫星-1是第一颗运行在地球同步轨道上运行海洋观测卫星

现在，欧美正在建造用于替换“贾森”-2的“贾森”-3海洋地形卫星。这颗卫星的重量为553千克，设计寿命3年，预计将在2013年发射。届时，它将运行在距地面1336千米的轨道上，超越目前在轨运行的“贾森”-2，实现高精度海洋地形测量的连续性，还将为实现连续多个海洋地形测量任务搭建桥梁。“贾森”-3上的海神-3B双频测高仪是其关键设备，星上其他设备与“贾森”-2基本相同。

总的来讲，现代海洋卫星具有以下特点：卫星普遍运行在太阳同步轨道，轨道定位精度高，采用多种遥感器配合测量，采用大型综合性遥感平台，光学遥感器向多波段、高光谱、高空间分辨率发展，雷达高度计性能进一步提高，合成孔径雷达广泛应用于海洋探测，国际合作进一步增强。

海洋卫星现正朝大小两个方向发展，其中小型海洋卫星的设计思想是“轻质量、低成本、快交付、多用途”，大型海洋卫星的设计思想是同时搭载多种遥感器进行综合测量。

海洋水色卫星的发展趋势是：星载遥感器将有更高的光谱分辨率，在波段配置上实现窄波段高灵敏度；卫星观测覆盖周期进一步缩短，覆盖范围由局部海域变为全球海洋；卫星运营进入业务化、系列化。

海洋地形卫星的发展趋势是：提高测量精度，扩大应用范围，军用与民用兼顾，进入民用业务化阶段。

海洋动力环境卫星的发展趋势是：进一步提高微波遥感器的性能，实现多种遥感器的集成，包括可见光、红外到微波波段，发展综合型环境观测卫星。