奋进七十年 应用谱华章——中国卫星应用发展纵览

文|葛榜军 北京空间科技信息研究所

新中国成立70周年、航天事业发展60多年来，经过航天科技工作者的艰苦努力和顽强拼搏，中国航天不断发展壮大，由航天大国迈向航天强国。至2019年6月，在轨运行航天器达280余颗，其中应用卫星超过200颗，形成了气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列、高分卫星系列、导航卫星星座、通信卫星系列，构成我国重要的空间基础设施。最近几年，商业航天呈迅速发展之势，商业卫星与国家公益卫星共同构成了应用卫星体系，为我国卫星应用的发展奠定了基础。

卫星应用已经广泛地渗入人类生产和生活的各个领域，发挥出传统方式无法达到或难以实现的作用，从根本上改变了人们的思维方式、生产方式和生活方式，促进了生产力的发展，使整个社会和人类自身的面貌发生了深刻的变化。卫星应用已经成为国家创新管理、保护资源环境、提升减灾能力、提供普遍信息服务以及培育新兴产业不可或缺的手段。

一、国家政策给予卫星应用发展可靠保障

随着我国应用卫星的不断成熟和完善，卫星应用水平也不断提高、领域不断扩展，从研究试验发展为业务运行，在经济建设和国防建设中发挥了越来越重要的作用，国家各有关部门对于卫星应用从政策上给予了充分的保障。

1989年8月，李鹏总理在听取首届应用卫星与卫星应用研讨会代表汇报时指示：我们的任务，就是……使得卫星的发展和卫星的研制水平继续提高，更重要的是在卫星的应用方面能够更大普及，使应用范围更加广泛，为社会发展和国民经济发展做出更大的贡献[1]。

1994年7月，国家计委、国防科工委共同主办了第一次全国卫星应用工作会议，会议的目的是加强卫星应用的统筹规划和宏观管理，会议制定了《关于加强我国卫星应用工作宏观管理的意见》等文件，以指导和促进全国卫星应用的开展。

2000年11月，国务院新闻办公室发布了首部《中国的航天》白皮书，明确了空间技术及应用中远期发展目标。近期目标是建立长期稳定运行的卫星对地观测体系，建立自主经营的卫星广播通信系统，建立自主的卫星导航定位系统，建立协调配套的卫星遥感应用体系；远期目标是空间技术和空间应用实现产业化和市场化，建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。这是中国政府首次明确宣示新中国航天活动的现状以及近期和长远发展的策略和规划，成为中国航天未来发展的指导性文件[2]。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年》，提出实施国家科技重大专项高分辨率对地观测系统，形成时空协调、全天候、全天时的对地观测系统；建立对地观测数据中心等地面支撑和运行系统，提高我国空间数据自给率，形成空间信息产业链。

2007年11月，国家发改委、国防科工委联合发布《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》，意见明确提出要使卫星应用成为高技术产业的新的增长点，并鼓励社会投资和企业参与卫星应用。

2012年7月，国务院发布《十二五国家战略性新兴产业发展规划》，再次明确建设国家空间基础设施，建成完善的空间信息服务平台以及应用服务网络。

2015年10月，国家发改委、财政部、国防科工局联合发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025）》，指出通过跨系列、跨星座卫星和数据资源组合应用、多中心协调服务的方式，提供多类型、高质量、稳定可靠、规模化的空间信息综合服务能力，支撑各行业的综合应用[3]。

2016年6月，国务院新闻办公室发布《中国北斗卫星导航系统》白皮书，提出建设世界一流的卫星导航系统，满足国家安全与经济社会发展需求，向全球用户提供连续、稳定、可靠的服务。

2016年10月，国防科工局、国家发改委出台《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》，明确建成设施齐全、服务高效的“一带一路”空间信息走廊，为我国空间信息产业在走廊区的市场化和国际化奠定基础，惠及“一带一路”沿线国家经济社会发展。

各产业部门和各级地方政府，在国家政策的指导下，出台各项专项政策和区域、省域规划，积极推广卫星应用技术来改造传统产业并力求有所突破，积极引导社会需求以拓展应用的广度和深度，以促进卫星应用产业化的发展。在国家、各级政府和专业部门的支持和推动下，我国卫星应用迅速发展。

二、卫星遥感应用进展

中国的卫星遥感应用起步于20世纪80年代初，初期利用国外遥感卫星数据在地质、农业、林业和国土资源等领域进行试验应用研究。随着自主遥感卫星的不断发射，在国产卫星数据的支持下开展了国土资源调查、气象预报和海洋资源调查与监测的应用研究。目前遥感应用已经从试验应用转向了业务化运行，已成为政府、企业迅速获取数据、制定合理政策和规划的技术支撑，并在构筑智慧城市、大数据融合、虚拟现实等方面发挥重要作用。

1.对地观测体系已经构成

我国遥感卫星的发展取得了巨大的成就：发展形成了返回式遥感卫星系列、资源卫星系列、气象卫星系列、海洋卫星系列以及环境与灾害监测卫星星座；通过实施高分辨率对地观测国家专项工程，形成了高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的对地观测数据的自主获取能力；北京一号、二号系列，吉林一号系列，高景卫星星座和珠海一号高光谱卫星星座等民商用卫星的有效运行，成为国家空间基础设施的有效补充。目前，在太空中运行的遥感卫星构成了比较完善的对地观测体系，形成了全球连续观测能力，为我国的国民经济建设、国防建设、科学研究和参与国际合作打下了良好的基础。

2.建成覆盖全国的卫星遥感数据接收体系和完善的应用系统

我国已建立起多个国家级遥感卫星数据接收和服务系统以及多个小型地面接收站，不仅可以接收我国自己的遥感卫星数据，而且可以接收国外遥感卫星数据。各商业遥感卫星公司也建立起其自主的卫星接收和数据处理及分发系统。各行业也相继建立起不断完善的应用系统。

中国气象卫星数据接收系统：承担着我国风云极轨气象卫星与静止气象卫星资料的接收、处理、应用和存档服务任务，并具有同时接收国外气象卫星数据的能力。现在轨运行的极轨气象卫星和静止气象卫星，被世界气象卫星组织列入世界气象卫星业务应用序列，为参与国际合作、交流气象信息、进行全球变化研究提供了有力的技术保障。

中国资源卫星数据接收系统：接收包括中巴地球资源卫星系列、环境与灾害监测卫星星座、高分系列卫星以及高景卫星星座等遥感卫星数据，处理并分发多种类型遥感卫星数据，数据种类涵盖可见光与合成孔径雷达。卫星数据接收范围覆盖中国陆地、邻国和周边国家部分地区。

海洋卫星数据接收系统：接收海洋一号、二号和中法海洋卫星等国内外海洋卫星和其他遥感卫星数据，具有进行数据接收、处理、产品制作、存档和产品分发能力的业务化运行系统；按照业务需要进行数据处理，制作各级产品，完成资料存档与分发，开展资料及产品服务。

建立了比较完善的应用体系：地质、石油、农业、土地、水利、林业以及应急救援等众多的应用行业建立了部委级应用和数据中心，省域也建立了相应的应用系统。特别是高分工程实施以来，成立了国家高分中心，并鼓励和支持建立省级高分中心，以推广高分卫星数据的应用。在国家政策的支持和鼓励下，一批商业化的民营企业破土而出，成为卫星遥感应用领域一支不可或缺的力量。

3.国产遥感卫星促进遥感应用及产业发展

我国遥感卫星从无到有，从单一类型发展到多种类型，从单颗卫星发展到系列卫星（星座）；提供的遥感数据覆盖了全国国土和海洋疆域。使得各项研究和应用可以使用国产卫星数据，以前难以开展的全国性的遥感应用项目得以进行。国产卫星的发射和业务运行，打破了国外卫星数据的垄断价格，国产卫星数据已经成为卫星遥感应用的主力军。我国气象卫星自1988年发射以来的数据成为研究气候变化、水陆变迁、城市扩张、资源变化、环境演化等极为重要的基础资料。资源系列卫星的持续运行，特别是高分卫星工程的实施，为开展国家级、全国性、常规性国土资源调查、环境变化监测和基础数据库的数据采集与编制提供了切实可靠的基础。海洋系列卫星的发射使得我国的海洋研究进入了新的发展阶段，海洋卫星数据应用以来，完成了海洋渔场环境监测、海岸带调查、海洋水色监测、海洋环境与污染监测等。

各级政府加强了综合规划、宏观调控和政策引导，在对遥感卫星应用行业及其市场进行全方位深层次分析的基础上，进行遥感应用产业发展的综合规划，找准重点、难点和关键部位，加强宏观调控和政策引导，创造有利于产业化发展的客观环境，统一协调全国遥感卫星应用产业的标准规范和应用示范，大力推进产业化。中央与地方、政府与民间、国有与民营等发挥各自的优势，形成社会投资多元化、技术产品标准化、市场服务规范化等良好的宏观环境，促进联合与重点择优支持相结合，建立稳定持续和实用可靠的产业发展链路，实现遥感定量化应用和规模化应用的目标，努力加快遥感卫星应用产业化发展的进程。

4.建成遥感应用体系，遥感应用进入业务运行

经过各个时期的科技攻关研究和应用示范推广，卫星遥感与地理信息技术和卫星导航技术的综合配套发展能力形成，遥感应用体系不断完善和优化。在国家的经济建设中，基于遥感技术的应用尤其是在资源调查和重大自然灾害监测与评估等方面，为国家和各级政府部门提供了大量科学的宏观辅助决策信息，产生了巨大的社会效益，有力地推动了国土、农业、林业等部门对这些新技术的认同和采用，越来越多的部门，将其列入业务化应用，成为监督执法或制定产业政策、规范及行业技术改造的重要支撑之一。目前，已经建设起国家基本资源环境宏观信息服务体系、重大自然灾害遥感监测评估运行系统、区域经济宏观辅助决策系统、农作物遥感估产系统、气象监测与预报、海洋环境立体监测体系、资源调查与环境监测等业务化运行系统。

卫星遥感系统正由产品驱动向任务驱动发展，向智能化发展，卫星遥感应用也由单一化应用向着通信、导航、遥感综合化发展。综合了各种应用卫星的智能化系统将逐渐形成，卫星遥感的应用也将不断智能化、智慧化。

5.进行国际合作，实现数据共享

2007年5月24日，中国签署“空间与重大灾害国际宪章”，成为该国际减灾合作机制的正式成员。通过该机制，我国发生重大灾害期间，可无偿获取其他成员国卫星提供的数据，及时监测和评估灾害情况；我国也利用中巴地球资源卫星、高分卫星和风云气象卫星数据，为30多个国家提供了中国卫星的应急数据服务。

中国气象卫星资料奉行“全面开放、国际共享”原则，已融入国际业务气象卫星观测体系，成为国际气象组织对地观测系统的重要成员。作为国际地球观测组织（GEO）、国际卫星对地观测委员会（CEOS）的成员，中国对地观测数据在全球观测、资源调查、环境监测等各项活动中发挥了重要作用，扩大了中国航天的国际影响。

2017年9月4日，中国、俄罗斯、巴西、印度、南非五国领导人在厦门签订了《金砖国家遥感卫星星座合作协议》，将共同构建由5颗卫星组成的金砖国家遥感卫星星座，建立遥感卫星共享机制，共同应对各国共同面临的全球气候变化、重大自然灾害、环境保护等挑战，助力金砖国家经济社会可持续发展[4]。

三、卫星导航应用进展

卫星导航系统能够快捷地提供位置、速度和时间信息，成为现代信息社会重要信息来源，成为信息时代的国家基础设施之一。其功能强大、应用便捷，能很好地与其他系统结合，形成数不尽的新应用、新产品，迅速地进入日常工作、学习、生活和娱乐中，成为人们离不开的工具。卫星导航技术的应用，只受制于人的想象力，“没有做不到，只有想不到”。卫星导航信息产业已经成为中国信息产业具有强劲发展势头的领域之一。

1.建成自主的全球卫星导航系统

20世纪后期，中国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，实施了三步走发展战略，2000年年底，建成了北斗一号系统，向中国提供服务；2012年底，建成了北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2018年底，建成了北斗三号全球系统基本系统，向全球提供卫星定位导航服务，全球定位精度可达10m，高程10m，测速精度达0.2m/s，授时精度为20ns，系统可靠性超过95%[5]。为提升北斗系统定位精度、完好性、连续性与可用性等服务性能，基于融合发展理念，在建设之初，北斗系统就开展了增强系统的研究与建设。北斗星基增强系统满足国际星基增强系统兼容互操作要求，为中国及周边地区民航、海事、铁路等领域提供高完好性服务，兼具米级增强功能。北斗地基增强系统具备移动通信、数字广播、卫星等多种播发手段，服务覆盖我国陆地及领海，实现服务范围内广域米级/分米级、区域厘米级和后处理毫米级的高精度定位[6]。

2.初期利用国外系统开展研究和应用

20世纪末到21世纪初，我国利用国外系统开展了导航定位应用的研究，开启了卫星导航系统应用的序幕。卫星导航定位技术从传统测量应用渗透到许多崭新的行业，成为测绘工作、地壳应力变化监测的主要手段；交通、运输部门用卫星导航定位技术等相关集成技术营建智能运输系统和监控系统；公安、银行、医疗、消防等用卫星导航定位技术营建紧急救援或报警系统；地理信息系统数据提供商用卫星导航定位技术采集与地理信息相关数据，并提供位置信息相关服务；在电子商务领域，卫星导航定位技术甚至应用于客户关系管理和物流配送体系中；而电脑制造商、通信设备商持续推进通信、电脑、卫星导航定位接收机一体化的各类移动信息终端应用。

3.自主北斗卫星导航系统应用深入发展

随着我国自主的北斗系统的不断建设，特别是北斗全球系统基本系统的投入运行，北斗应用也不断发展，开启了卫星导航应用的新篇章。形成由北斗基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的产业链。北斗系统已经广泛应用于交通运输、公共安全、农林渔业、水文监测、气象预报、通信时统、电力调度、救灾减灾等领域，融入国家基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。并且随着系统的不断完善而不断拓展和深入，产业规模不断扩大。2018年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到3016亿元，其中与卫星导航技术研发和应用直接相关的，包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值占总产值的35.44%，北斗对产业的核心产值贡献率达80%[7]。

行业应用领域，北斗系统在交通运输方面广泛应用于重点运输过程监控、公路基础设施安全监控、港口高精度定位调度等。内河导航设施、海上导航设施已应用北斗系统。农林渔业方面，基于北斗的农机作业监管平台，已实现农机远程管理与精准作业，大大提高了农业管理的效率和经济收益，成为现代农业的有力保障；全国7万余艘渔船和执法船安装北斗终端，保障了船舶安全行驶和渔业安全生产。

在大众应用领域，基于北斗的导航服务已被电子商务、移动智能终端制造、位置服务等厂商采用，智能手机、无人自动驾驶、可穿戴式设备、共享单车等广泛进入大众消费、共享经济和民生领域，深刻改变着人们的生产生活方式。

在特殊应用领域，涉及国防、警用、防灾减灾、应急救援、公共安全等关键领域，北斗相关产品及服务在公安应急通信指挥、防灾减灾和海上遇险搜救等方面大量部署，在公安禁毒作战指挥方面初露锋芒。公安机关已经初步建成全国位置一张图、短信一张网和时间一条线的三级北斗公安应用体系。在减灾救灾方面，建成部、省、市三级平台，实现6级业务应用，受灾地区利用北斗短报文功能，及时上报灾害位置、突发灾害信息及灾区救助信息等。

4.与高技术、新兴产业融合发展

北斗与大数据、人工智能、云计算以及物联网、5G通信技术的融合，开拓了新的应用领域。“北斗导航+5G通信+人工智能”成为发展智能网联汽车的主要技术路线；国内通航企业已计划引入基于北斗的管理系统，中国民航全面启动了北斗星基增强系统民航应用验证评估工作；利用北斗系统定位和传输海洋观测数据，提高了海洋数据实时传输的安全性、自主性和可靠性。

5.开展广泛国际合作

中国的北斗，世界的北斗。北斗系统作为全球卫星导航系统核心系统之一，中国积极参与卫星导航国际事务，参加联合国有关国际组织活动，促进学术交流与合作，贡献北斗力量。持续开展了北斗行系列宣传推广活动，与多个国家合作建立北斗中心。成立北斗国际交流培训中心，搭建卫星导航教育培训演示平台。服务“一带一路”建设，与全球有意愿的国家一起，共同建设卫星导航增强系统，提供高精度卫星导航、定位、授时服务，促进导航技术的国际化应用[8]。

四、卫星通信应用进展

通信卫星是航天技术和现代通信技术的重要结合，是卫星应用产业的主力军和空间基础设施的重要组成部分，在推动国家广播电视事业、远程教育和医疗、宽带中国、应急通信等方面具有不可替代的作用。

1.通信卫星种类和功能不断完善

为发展我国的卫星通信事业，自1984年起，发射了首颗通信卫星——东方红二号试验通信卫星，发展了东方红二号试验通信卫星、东方红二号实用通信卫星，基于东方红三号卫星平台的第二代实用通信广播卫星，基于东方红四号卫星平台、东方红五号卫星平台的新一代大容量通信卫星，实现了地球静止轨道通信卫星从自旋稳定型到三轴稳定型的飞跃，形成基于“东方红”系列卫星平台型谱的“中星”通信卫星和“天链”中继卫星系列。发射了中星九号直播卫星，天通一号静止轨道移动通信卫星和中星16号高通量通信卫星。2018年，虹云和鸿雁两大低轨宽带通信卫星系统开启了建设的序幕，将建设我国自主的全球移动通信卫星系统。

2.建立起适应社会需求的运营网络

卫星通信已经实现了商业化运行。中国卫通集团股份有限公司运营管理着16颗在轨民用通信广播卫星，覆盖中国全境、澳大利亚、东南亚、南亚、中东以及欧洲、非洲等地区。提供转发器长期、短期租用，电视节目传输、应急通信、宽带互联网接入等服务。亚洲卫星公司是亚洲地区的区域性商业卫星运营组织，在轨运行的卫星覆盖了东起关岛、西至埃及，南达澳大利亚、新西兰，北抵俄罗斯的广大区域，提供卫星通信和广播电视服务，以及为公众电信运营商、VSAT运营商和大型企业专用通信网络提供专用通信网络、卫星转发器资源和服务。中国电信集团卫星通信有限公司负责运营天通卫星，天通一号01星覆盖中国领土、领海及太平洋西部和印度洋北部，为车辆、飞机、船舶和个人等移动用户提供服务，支持语音、数据传输、短信业务、定位、互联网接入。地面段运营服务主要有中国直播卫星有限公司、中国电信集团卫星通信公司、众多VSAT运营商以及新兴的商业卫星公司。目前，我国卫星通信应用正朝着宽带化、多媒体化方向发展，且卫星通信的各类业务也在不断融合。

3.卫星通信应用不断发展与深入

中国的通信卫星逐步从试验走向应用，从国内走向国际。通信卫星已经广泛应用于抢险救灾应急通信，油气、采矿、电力、林业等行业临时通信，音视频直播转播，船舶、飞机、偏远地区等无光缆传输、无基站覆盖情况下提供2G、4G、高清语音、家庭宽带等全业务服务。

在卫星固定通信方面，已建成覆盖全球主要地区、与地面通信网络融合的卫星通信广播系统。中央台和省台各套卫视节目全部实现了卫星数字传送，广播电视“村村通”和“户户通”工程通过中星九号等直播卫星稳步推进，在弥合数字鸿沟、缩短城乡差别方面发挥了重要作用。2018年底，全国广播综合人口覆盖率98.94%，电视综合人口覆盖率99.25%[9]。截至2019年5月31日，已有近12.4亿户家庭通过直播卫星收听、收看广播电视节目[10]。

在卫星移动通信方面，我国正在建设覆盖国土及周边的卫星移动通信系统，以满足国防建设、商业应用及重大突发事件应急通信应用。天通一号的正式商用标志着我国进入自主卫星移动通信的手机时代。预计2025年，我国卫星移动通信用户将达到300万。

在卫星宽带通信方面，为适应宽带卫星通信市场的发展要求，满足广大用户对于宽带接入、机载通信、远程教育、新闻采集、企业联网等应用的需求，中星16号高通量卫星率先实现了卫星4G网络应用，同时具备WiFi和微基站服务能力，主要覆盖西北和东北之外的中国大陆和沿海区域。

在应急通信方面，架设起空中通信生命线。在地震灾害、洪涝灾害等重大自然灾害的抢险救灾中，卫星通信成为灾区与外界联系和救援指挥的重要手段，在灾害救援中显示出了不可或缺的作用。为有效发挥卫星应急通信功能，开发研制了适合于应急通信的系统软件、应用系统、综合接口设备等产品，构建起立体化、网络化的天地一体应急通信平台，建设起多层次、多结构、多业务融合的一体化通信网络。

4.卫星通信设备制造

国内卫星通信设备制造及系统集成商数量众多，覆盖了卫星通信技术及应用领域的各个方面，主要包括网络设备和用户终端设备两大类。网络设备主要包括地面站、控制站、静中通、动中通等产品；用户终端设备主要包括卫星电视终端、卫星无线电终端、卫星宽带终端、卫星移动通信终端等组件和产品。中国卫星地面设备制造产业分布集中度高并有显著的区位特点，已形成京津冀、珠三角、长三角、华中鄂豫湘、西部川陕渝等五大产业聚集区，北京、上海、深圳、武汉、广州、西安等重点城市发展态势良好[11]。

5.卫星通信网与其他通信网络加速融合

卫星通信网与互联网陆基电信网的相互融合正在扩展卫星通信的新领域。卫星互联网内容传送和宽带接入服务等数据传递业务成为推动市场繁荣的新动力，使卫星通信应用向综合化方向发展。随着卫星通信技术的发展，实用性强、小型化、宽带高速的卫星通信系统逐渐成为主流，卫星宽带数据接入将出现重大发展。2018年10月1日，中央广播电视总台开播了4K超高清节目，高清节目的卫星传送成为卫星通信业务增长的新动力。

展望未来，中国的高分工程将全面完成，北斗系统全球系统将全面投入运行，高通量卫星不断发展，宽带通信卫星系统建设加速实施，为卫星应用的持续深入发展奠定了坚实的基础。《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025）》更是从国家层面对未来的空间资源进行了统筹规划，天基系统的发展将更加优化、系统，地面系统建设也将更加布局合理，与空间系统同步发展。同时提出积极引导和推进商业化和国际化的发展。相信卫星应用将不断向广度和深度扩展，并加速与物联网、云计算、大数据及其他新技术、新应用相融合，在国防建设、国民经济的各个领域发挥出更大的作用。