海洋－2卫星及其应用

张欢 王睿 贾旭 田贺祥 贾宏（中国空间技术研究院总体部）

海洋－2卫星是我国首颗用于海洋动力环境探测的卫星，于2011年8月成功发射，2012年3月正式投入使用。该卫星工程研制突破了高精度有效载荷、精密测定轨等关键技术，在多个技术领域达到国际先进水平，实现了高观测精度、高测定轨精度、星地激光高速数据传输、关键部件自主研制、航天器数字集成设计等五大能力提升。经过在轨验证，海洋－2卫星和星载设备工作稳定，各项功能和性能满足研制总要求，整体达到国际先进水平，其观测数据有效填补了国际同类微波遥感卫星数据的不足，在全球对地观测体系中发挥着重要作用。

1 卫星任务

随着国民经济和国防建设的发展，海洋在我国社会经济和军事发展中的战略地位越来越重要。为了获取海洋动力环境信息，监测和调查海洋环境，中国空间技术研究院与国家海洋局合作研制了我国首颗海洋动力环境探测卫星—海洋－2卫星。

海洋－2卫星主要应用目标是监测和探测海洋动力环境参数，实现全天时、全天候对海面风场、海面高度场、浪场、海洋重力场、大洋环流和海表温度场等重要海洋参数的监测，提高灾害性海况预报水平，为国民经济建设和国防建设提供服务，为海洋科学研究、全球气候变化提供实测数据。同时，海洋－2卫星还承担着我国自主研制的行波管放大器在轨寿命飞行验证和星地激光通信试验两项任务。

该卫星于2007年4月立项进入工程研制阶段，经历方案、初样、正样的研制过程，于2011年5月出厂。2011年8月16日6：57，海洋－2卫星由长征－4B运载火箭从太原卫星发射中心发射升空。随后，卫星完成变轨及轨迹捕获，成功定点到预定的轨道。经过在轨测试，卫星工作正常，观测数据经过应用系统处理满足设计的运行标准。2012年3月2日，在国家国防科技工业局组织下，卫星正式由中国空间技术研究院移交到卫星用户—国家卫星海洋应用中心，开展业务运行。

2 海洋－2卫星概况

海洋－2卫星是一颗三轴稳定的太阳同步轨道传输型对地观测卫星，工作在降交点地方时为6：00的轨道，设计寿命3年。根据任务需求，卫星在寿命初期轨道高度为970km，14天为1个回归周期，2天即可实现对全球90%海面的观测；在寿命末期，卫星升至972km轨道高度，回归周期调整为168天，实现对大地水准面的精密测量。它在轨运行处于连续工作状态，可以实现对全球海洋动力环境的全天时观测。在地面应用站接收范围以外时，卫星将观测数据、轨道数据等记录在星上存储器中；在地面应用站接收范围内时，将实时数据和记录数据一起下传到地面。

这颗卫星使用“资源卫星平台”，包括结构与机构、热控、供配电、数据管理、测控、姿态及轨道控制、数据传输等7个分系统。为完成海洋动力环境探测任务，海洋－2卫星配置了雷达高度计、微波散射计、微波辐射计和校正辐射计4部微波遥感器，同时搭载了用于星地激光通信试验任务的激光通信终端。

海洋－2卫星通过自主创新，实现了我国卫星遥感能力水平的五大提升。一是观测产品精度达到国际先进水平；二是卫星定轨精度达到国际先进水平；三是成功开展星地高速激光通信试验；四是实现了部分关键部件自主研制，提升了我国卫星关键核心部件自主研发能力的发展；五是通过采用航天器数字集成设计系统，缩短了生产研制周期。

雷达高度计

卫星上的雷达高度计是一种主动微波遥感器，主要用于测量地球表面相对高度。其通过向海面垂直发射脉冲信号，分析回波特征，得到海面高度（SSH）和有效波高（SWH）、风速等信息，经过处理可获得全球大地水准面、重力场、海表面地形、海流、海浪、潮汐、海表面风等动力参数信息，同时还可获得海冰含量、湍流边界等海洋信息。

海洋－2卫星在轨运行图

海洋－2卫星上的雷达高度计采用Ku、C双频工作体制，Ku频段是高度计主要观测通道；C频段主要用于电离层校正。结合精密定轨结果和地面数据处理，此卫星雷达高度计的海面高度产品精度达到了5～8cm，后续通过进一步处理还有提升的空间，有效波高精度可达到0.4m，风速精度2m/s。

微波散射计

卫星上的微波散射计也是主动微波遥感器，采用笔形波束圆锥扫描的工作体制，具有观测幅宽大、无星下点盲区的特点，快速对全球海面进行观测，可同时探测风向和风速的星载遥感器。每天可覆盖全球90%的海域，对海面风速测量精度达到1.5m/s，风向精度19.5°。

微波辐射计

卫星上的微波辐射计是被动的微波遥感器，采用圆锥扫描工作方式，根据海洋应用需求选取了6.6GHz、10.7GHz、18.7GHz、23.8GHz和37GHz共5个频段，以及9个极化通道测量海洋表面辐射亮温度，观测幅宽达到1600km，对海面温度的观测精度达到了1.0K，海面风速精度1.5m/s，水汽含量精度1.2mm。

校正辐射计

卫星上的校正辐射计也是微波辐射计的一种，与雷达高度计同程观测，其通过对上层大气液态水和水汽含量的测量，专门用于向雷达高度计提供同程大气校正数据。探测频率选择包含大气水汽吸收谱线和大气窗通道的3个微波频段，分别是18.7GHz、23.8GHz和37GHz，反演得到的湿对流层路径延迟误差优于20mm。

海洋－2卫星主要设备布局图

卫星精密定轨

海面高度是海平面相对于地心的高度，雷达高度计测量得到了卫星与海平面间的距离，要得到海面高度，还需要得到卫星相对于地心的精确位置，这就是精密定轨。为实现精密定轨，海洋－2卫星配置了双频GPS、多普勒地球无线电定位系统（DORIS）和激光角反射器（SLR）等精密定轨设备，采用双频GPS和DORIS + SLR两种精密定轨手段。海洋－2卫星是国内首个实现精密定轨航天器，事后处理的定轨误差达到了2～3cm，将传统的米级定轨精度突破到了厘米级，不仅为海洋－2卫星的测高精度提升做出了贡献，也在侦查、测绘等航天遥感领域具有重要意义。

星地激光通信试验

海洋－2卫星搭载的激光通信终端是利用激光作为数据传输的载体，完成与地面激光站捕获跟踪试验和星地双向数据传输试验任务，开展环境对空间光通信影响研究工作，为卫星空间光通信积累实验数据。

在轨测试期间，星地激光通信链路实现了快速捕获、全链路稳定跟踪，并成功完成低速（20Mbit/s）和高速（252Mbit/s、504Mbit/s）的星地通信试验。这是我国首次实现星地激光通信，为这项技术在航天领域的发展奠定了基础。

3 卫星应用成果及前景

在轨测试期间，国家卫星海洋应用中心通过地面应用处理，从卫星观测数据反演得到了全球海面高度、有效波高、海面风场、海面风速、大气水汽含量、云中液水含量、海面温度等多种产品。测试结果表明，海洋－2卫星各种产品均达到了世界先进水平，使我国具备了独立获取全球海洋动力环境信息的能力，大大提高了我国在国际海洋研究领域的话语权。

海洋－2南北极海面高度产品（数据时间2011年10月29日，单位：m）

海洋－2全天全球风场产品

现阶段，国家卫星海洋应用中心已实现海洋－2卫星应用产品的业务制作和分发，并在海洋防灾减灾、海洋环境预报、极地航线保障、大洋渔业和一些军事研究中得到应用，未来还将在海洋调查与资源开发、维护海洋权益、海洋科学研究及应用研究等领域发挥作用。

4 海洋卫星的未来发展

我国海洋卫星分为海洋水色卫星、海洋动力环境探测卫星和海洋雷达卫星3个系列，海洋－2卫星是海洋动力环境系列的首发星。海洋水色系列的海洋－1卫星已于2002年、2007年发射了2颗，其配置了海洋水色扫描仪和海岸带成像仪2种载荷，用于获取海洋水色水温及海岸带动态变化信息，在轨运行期间获得了大量试验数据和业务观测数据。海洋雷达卫星将配置合成孔径雷达，获取海洋浪场、海面风速场、风暴潮漫滩、内波、海冰和溢油等信息，并实现全天时、全天候海上目标监视和海洋环境实时监测。在“十二五”期间，将继承已有海洋卫星的技术基础，发射后续的业务卫星，并加快海洋雷达卫星的研制，实现多颗卫星连续在轨运行，构成空间立体监测系统，对海洋资源和环境形成持续、稳定的业务化数据获取能力。