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苍穹之上卫海洋

发射现场

苍茫太空之中,海洋对地观测卫星如同闪亮的眼睛,24小时不停歇地注视着地球,俯瞰着同样苍茫的海洋,监测获取着与我国海洋息息相关的海量信息。

7年之前,海洋二号A星入轨工作,良好的在轨表现赢得了用户的一致认可。7年之后,海洋二号B星顺利进入预定轨道,承前启后,进一步拓展了卫星的应用效能。

海洋二号B星由中国航天科技集团有限公司五院抓总研制,是我国海洋动力环境监测网的首发星,用于接替目前超期服役的海洋二号A星。海洋二号B星能够实现海面高度、有效波高、海面风场、海面温度的高精度、高分辨率实时观测,同时具备全球船舶识别(AIS)和海洋浮标测量数据收集(DCS)等功能。

拨云瞰海 太空里的海洋守卫者

吊装现场

海洋占地球表面积的70%以上,是生命的源泉和资源的宝库。一方面,海洋洋流运动对地球气候变化、热量平衡、水循环和碳循环起着重要作用,诸如厄尔尼诺、拉尼娜现象都与洋流变化息息相关。

另一方面,海洋也是人类活动的重要场所,是世界贸易的大通道,海面高度和温度、海底地形、海面风场等因素影响着人类资源开发、航海活动,关乎着海洋经济的发展。

海洋对地观测卫星有效地弥补了传统海洋观测手段的不足,在灾害防治、资源开发、海洋维权、海洋生态和环境保护等诸多领域发挥着重要作用,使人类极大地加深了对海洋的认识。

2011年8月,海洋二号A星成功发射,这是我国第一颗获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星,具备全天候、全天时、全球连续探测风、浪、流、潮及温度等海洋动力环境信息的能力。

海洋二号A星原本设计在轨寿命为三年,如今该卫星依旧在轨运行稳定,综合指标达到国际领先水平。这7年,海洋二号A星可谓是“战功赫赫”:陆续观测到几年来登陆西北太平洋的全部台风,为海啸监测预警提供了可靠的数据支持,对渔场资源潜力作出科学估算,保障了亚丁湾护航多次海洋航行,为南极科考提供重要支撑……

现在,海洋二号B星成功进入预定轨道,它将从海洋二号A星手上接过使命,远瞰大海,聆听海洋的声音,守护人类的平安与发展。

全面升级 多项优势于一身

卫星要履行好使命,载荷是关键。海洋二号B星装载了由五院研制的微波散射计、微波辐射计和由中科院空间中心研制的雷达高度计、校正辐射计等多种主、被动新型微波遥感载荷。

这几个关键载荷承担的分工各有不同,微波散射计用以测量海洋风场,微波辐射计用以测量海水温度,雷达高度计用以测量海面高度和有效波高,校正辐射计则负责校正大气层中水汽对测量产生的误差。由此,卫星可以持续对海面风场、海浪、海流、海面温度、海上风暴和潮汐进行监测,形成连续、稳定的海洋环境监测与数据获取能力。

相比海洋二号A星,海洋二号B星相关载荷的性能指标均有所提升,特别是雷达高度计的测高精度提高了一倍以上,这意味着从太空中遥测海面高度可以更精确。

海洋二号B星总设计师兼总指挥张庆君介绍,作为海洋二号A星的接替星,在保持数据稳定的前提下,海洋二号B星还做了不少调整,以便更好地满足国家开发海洋、建设海洋的实际需要。

首先,海洋二号B星增加了全球船舶识别(AIS)功能,可以在茫茫大海中追踪行船的位置信息、周边环境,并依靠卫星数据分析对可能出现的危险进行预警提示。

“大海行船好比在茫茫人海中走路的孩子,以前只能眼睁睁看着小孩在人群中走丢,现在可以实时监测小孩周围的环境,在发现异常时及时给出警报。”张庆君给出一个比喻。

其次,海洋二号B星装有海洋浮标测量数据收集系统(DCS)。这套系统可用于接收、存储和转发我国近海及其他海域的浮标测量数据,既能提高浮标数据传送的实效性,又可以通过数据间比对校正,提升卫星数据的精度。

此外,为了获取高精度海面高度数据,海洋二号B星首次使用了铷原子钟这一高精度星载授时系统,卫星将具备高稳定性的时间频率信号,且在卫星整个寿命期内不需要校准,减小了由于时钟漂移带来的测量误差。

在继承海洋二号A星技术优点的基础上,海洋二号B星有了明显进步,将成为海洋环境监测和资源开发应用的“千里眼”“多面手”和“导航灯”。

两年交卷 数字化设计的典范

从卫星立项到正式入轨工作,海洋二号B星团队仅仅用两年时间就交上了完美的答卷,其中,航天器的数字化集成技术功不可没。

在海洋二号A星研制经验的基础上,海洋二号B星的研制过程继续推进卫星平台标准化、通用化设计工作。卫星全面采用航天器数字集成设计系统,搭建了卫星数字化总体设计应用平台,实现了卫星设计、生产、试验协同工作,并利用数字分析和仿真优化流程,让卫星实现了方案设计向正样生产的一步跨越。

“海洋二号系列卫星可谓是航天器数字化设计的探路者和先行者,有效促进了我国卫星研制生产信息化水平的提升。”张庆君说。

两年间,让卫星试验团队最难以忘怀的经历,要数历时两个月的卫星电磁兼容测试。

卫星电磁兼容主管设计师程丽丽表示,海洋二号B星继承了海洋二号A星射频种类多、频率跨越大、外部天线多等特点,电磁环境十分复杂。此外卫星新增的AIS、DCS两项载荷都是高灵敏度接收系统,工作频段低、灵敏度高,这使整星电磁兼容的要求“达到了前所未有的高度”。

针对这一问题,卫星团队的应对思路十分清晰:提高抗干扰能力、切断干扰途径和消除干扰源。在卫星构型和布局设计时,团队就为AIS、DCS安排了“黄金宝地”,远离其他星载设备带来的辐射干扰;在总装实施时,团队需要对电磁兼容处理工艺反复研究,对不同处理方法达到的效果进行对比分析,不满足要求的设计立即在现场推倒重来。

“这期间反反复复多次调整,若没有数字化设计贯穿其中打通设计、测试、生产的全流程,海洋二号B星不可能在两年时间完成。”卫星总体总装设计师王涛体会颇深。

历经“史上最难”的电磁兼容测试,海洋二号卫星团队深知,在可以预期的未来,随着海洋二号C星、D星项目的推进,电磁兼容测试必将刷新“最难”的纪录,但是依靠科学的设计方法和数字化的研制流程,困难必将一一克服。

开启组网 加强海洋国际合作

一直以来,我国十分重视海洋卫星及其探测技术的发展,习近平总书记曾表示,要进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋,推动我国海洋强国建设不断取得新成就。

目前,我国已形成了以海洋一号系列卫星、海洋二号系列卫星及高分三号系列卫星为代表的海洋水色、海洋动力环境及海洋监视监测系列卫星,建立起了具有优势互补特点的海洋遥感卫星观测体系,并已发挥了显著的社会和经济效益。

海洋二号B星主任设计师刘红雨介绍,此前海洋二号A星每天可覆盖全球90%以上的海域,其获取的数据资料经过评定产品质量达到了国际同类的先进水平,在诸多海洋应用发挥了重要作用。例如,其高度计产品已应用于法国空间署的相关业务中,散射计产品已被欧洲气象卫星应用组织采用,也在美国国家海洋与大气管理局对台风桑迪的监测中发挥了重要作用。

在海洋二号B星入轨后,未来还有两颗倾斜轨道的海洋观测卫星海洋二号C星、D星升入太空,这三颗卫星将组成海洋动力环境监测网,它们每6个小时就可以覆盖全球90%以上的海域,形成高精度、大宽幅、快重访的海洋观测能力。

海洋二号B星打响了国家海洋动力环境监测网的头阵,将在海洋防灾减灾、海洋环境预报、海洋资源开发、海洋科学研究及国际合作等领域发挥更加重要的作用,助力智慧海洋建设发展。

此外,海洋二号B星还将为“一带一路”沿线海上经贸发展提供基础环境信息,稳步推进海上丝路海洋防灾减灾国际合作,进而服务好“一带一路”建设。

张庆君表示,人类社会的可持续发展必然越来越多地依赖海洋,海洋也将为人类社会的繁荣和发展作出越来越大的贡献。海洋二号系列卫星肩负着重要的使命,他和他的团队也将不断寻求创新,为海洋发展持之以恒地努力。

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