中国“蔚蓝色”科技浪潮_北京周报
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中国“蔚蓝色”科技浪潮
本刊记者 唐元恺 • 2012-05-04 • 来源:北京周报 2012年第13期 3月29日出版
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在蒋主任眼中,“海洋二号”卫星将大大提高海洋环境预报的准确度和时效性。“与‘海洋一号’利用红外、可见光等进行光学探测不同,‘海洋二号’主要利用主动、被动微波遥感器进行微波探测。”

微波遥感作为重要的对地观测手段之一,与可见光和红外遥感相比,微波遥感器有其独特的优越性,它不受云遮挡的限制,可以全天时、全天候工作。“主动微波遥感器,其传感器主动发射并接收反射或散射返回的电磁波,‘类似雷达’;被动微波遥感器,即传感器直接接收海面辐射的电磁波,‘类似相机’。”中国科学院空间中心微波遥感部首席科学家、中国工程院院士姜景山介绍说,“海洋二号”卫星装载雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计4个主载荷,前两者属于主动微波遥感器,微波辐射计则是被动微波遥感器。“这4种微波遥感器联任“主角”,监测和调查海洋动力环境。”

更进一步说,雷达高度计用于测量海面高度、有效波高及风速等海洋基本要素,数据的进一步反演结果可应用于海洋气候与环境的监测、预报,以及为海洋油气、海洋渔业和海岸带资源的调查与开发等行业提供服务;微波散射计可以测量海面风速与风向,从而测到海面风矢量场,可应用于海洋动力研究、海况预测及灾害监测等许多方面。“它是目前为止测量海洋风场主要的仪器。”姜院士说,雷达高度计和微波辐射计也都可以给出风场,但是精度没有微波散射计高。“雷达高度计是往下看,微波散射计是从侧面看,从而能测出风向风速。”而扫描微波辐射计主要用于获取全球海面温度、海面风场、大气水汽含量、云中水含量、海冰和降雨量等。“在测量机理上采用了国际上先进的圆锥扫描方法。”校正微波辐射计则是为雷达高度计提供大气路径延时校正的微波辐射计,可通过对大气中液态水和水汽含量等路径信息的测量,向雷达高度计提供大气校正数据,具有在轨定标、修正仪器漂移等功能。它是目前全球灵敏度最高的辐射计之一,正因为有了它对雷达高度计的路径校正,才使得雷达高度计能够达到厘米级测量精度。

中国地处太平洋西岸,东南沿海是风暴潮等常见海洋灾害的重灾区和多发区,一年造成的损失可高达数十亿元人民币。“这种灾害主要由大风和高潮水位共同引起,使局部地区猛烈增水,酿成重大灾害,所导致的漫滩、侵淹,少则几公里,多则几十公里,其冲击力对于沿岸船只,工业、民用设施和百姓生命财产等的破坏力是十分巨大的。”蒋主任说,“海洋二号”卫星将有利于提高对台风风场和路径监测的准确性,这对于风暴潮的预报十分重要。“如果仅靠气象卫星云图,虽然可以得到有关台风的重要信息,但不能得到台风引起的海面风场和波浪变化的准确信息,‘海洋二号’卫星可以对大面积海域进行实时、同步、连续的风和海浪监测,卫星所提供的海面风场和波高遥感监测数据,有助于大幅度提升海浪灾害的监测能力和提高风暴潮等预报的准确性和时效性。”

在解决这一系列原本很伤脑筋的难题方面,搭乘“海洋二号”的微波散射计和雷达高度计功不可没。这些遥感探测器的基础是2002年12月30日0时40分发射、2003年1月5日19时16分返回的中国无人飞船“神舟四号”,其有效载荷应用任务中的重头戏——多模态微波遥感器,是中国第一台上太空的实验性的微波遥感系统,“实现了技术突破。”姜景山院士说,“‘海洋二号’上4位‘主角’的互相支持,联手完成了综合性遥感探测。”

由此,“中国成为了继美国之后第2个能够独立完成综合性微波遥感探测的国家。”作为中国微波遥感倡导者之一的姜院士还自豪地补充道,卫星在轨期间进行全时工作的雷达高度计,其测量精度达3—5厘米,“可在离地球将近1000公里的轨道上测量海面高度的厘米级变化。”

“在此之前,中国遥感卫星测定轨精度大都在米量级以上。”蒋兴伟主任说,实现从米量级到厘米级的跨越,这在中国遥感卫星中尚属首次。“对于海面高度变化的厘米级测量,它不仅要求遥感器的测量灵敏度要高,而且要求卫星相对于地球的位置,即卫星轨道高度也要测量准确,否则就难以获得精确的海面高度信息。当然,在测量和反演过程中,还要滤除大气、电离层等的干扰。因此,遥感器测量技术和对卫星的精密测定轨技术,二者缺一不可。”

在轨运行期间,搭载在“海洋二号”上的星地激光通信终端,还成功进行了中国首次卫星和地面用激光链接起来形成空间信息高速公路直接进行数据传输的试验,这标志着中国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界发展前列。此前,只有欧洲太空局等做过有关试验。

破解这道航天技术难题的,是哈尔滨工业大学的一对教授夫妇——马晶、谭立英,和其带领的科研团队。而给出中国解答的过程,花了他们20年的时间。

“此次试验结果超出了我们的想象。”谭立英教授说,“海洋二号”卫星距离光通信地面站的最大距离近2000公里,以每秒7.8公里的速度运行,“连‘1、2、3’还没数完,我们的终端设备就已经准确捕获光信号,开始向地面传输数据了。”

当然,这只是“天地一体化”网络中的序曲,“我们是为卫星的组网做准备,使得未来星地、星星之间链接起来,做到更高容量的数据更加实时、准确的传输。”谭教授表示。

 

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