高光谱综合观测卫星

高光谱综合观测卫星（又名：高分五号01A卫星）^[1]是由中国航天科技集团有限公司八院总研制，于2022年在太原卫星发射中心发射的一颗卫星，^[2]整星重量约为1.2吨，设计寿命为8年。^[3]

2022年12月9日2时31分，长征二号丁遥四十五运载火箭在太原卫星发射中心点火升空，成功将高光谱综合观测卫星送入预定轨道。^[2]2023年11月，高光谱综合观测卫星完成了在轨测试总结评审。^[4]2024年1月23日，国家航天局宣布卫星正式投入使用。^[4]

高光谱综合观测卫星的成功发射将进一步提升中国高光谱遥感数据的自给率，主要应用于污染减排、环境质量监管、大气成分监测、自然资源调查、气候变化研究等方面，大幅提升全球大气污染物监测能力，显著提高中国对甲烷wán等温室气体排放点源和水体污染排放点源的区域宏观监管能力，有力支撑复合型大气污染防治，助力打赢污染防治攻坚战，为全中国重要生态系统保护和修复、积极应对全球气候变化及美丽中国建设等提供支撑。^[2]高光谱综合观测卫星由航天科技集团八院抓总研制，是中国国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统的重要组成部分，是实现高分专项高光谱观测能力的重要标志之一。^[3]

高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025）》中的一颗业务星，由国家航天局组织实施。高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域。地球上不同的元素及其化合物都有独特的光谱特征，是识别和分析不同物体特征的一种重要“身份证”。相比于光学成像卫星只能看到物质的形状、尺寸等信息，高光谱卫星具备的光谱成像技术，可使光谱与图像结合为一体，探测各类物质的具体成分。高光谱观测卫星将全面提升中国大气、水体、陆地的高光谱观测能力，满足我国在环境综合监测等方面的迫切需求，为大气环境监测、水环境监测、生态环境监测以及环境监管等环境保护主体业务提供国产高光谱数据保障。^[5]

高分五号在705公里的太阳同步轨道，每天都要经历近15次高低温变化和空间辐照影响，这对卫星使用寿命无疑是极大考验。为此，研制团队整整花了一年时间重新论证并改进、优化原先的设计方案，从元器件到线缆，从电源到活动部件，从载荷到平台，一一梳理，并针对探测器、制冷机等寿命薄弱环节开展了75项试验验证，突破多项关键技术。为验证数传分系统的核心单机固存的长寿命和高可靠性，团队做了8万次的读写试验，相当于在轨使用16年，没有发现一个坏区。卫星天线在轨每天要进行大角度的摆动，是对使用寿命考验最大的部件之一。即使卫星实际在轨运行8年也只需6万多次摆动，但高分五号团队在地面做了8万次摆动验证试验。^[6]

高分五号从立项研制到成功发射正好经历了国家提出建设美丽中国砥砺奋进的五年，在轨运行的前三年是中国进行环境治理攻坚战的三年。投入使用后，将在中国高光谱分辨率遥感卫星应用方面起到重要示范作用。^[6]2018年5月9日，由上海航天技术研究院抓总研制的高分五号卫星在太原发射基地成功升空并进入预定轨道。高分五号是中国首颗高光谱综合观测卫星，也是中国高分重大专项中唯一一颗高光谱观测卫星，是中国实现高光谱分辨率对地观测能力的重要标志之一。^[6]

2021年9月7日11时1分，中国在太原卫星发射中心用长征四号丙遥四十运载火箭成功发射高光谱观测卫星。^[5]2022年12月9日2时31分，长征二号丁遥四十五运载火箭在太原卫星发射中心点火升空，成功将高光谱综合观测卫星送入预定轨道。^[2]

2023年3月28日，国家航天局发布了高光谱综合观测卫星首批影像成果，包括全球臭氧柱浓度监测图、全球二氧化氮柱浓度监测图、亮温监测图、海冰监测图、高光谱数据立方体图等数据图像，展现了高光谱综合观测卫星在温室气体探测、内陆水体水质定量遥感监测、地物精细分类、矿产资源调查等方面的重要应用成果。^[7]11月，高光谱综合观测卫星完成了在轨测试总结评审，卫星状态良好，各分系统功能正常，性能达到研制建设总要求规定的各项指标，具备投入使用条件。^[4]

2024年1月23日，国家航天局在京举办高光谱综合观测卫星投入使用仪式。生态环境部、自然资源部、中国气象局、中国科学院、中国航天科技集团有限公司等单位代表共同签署了高光谱综合观测卫星投入使用证书。^[3]

高光谱综合观测卫星具有高光谱、大范围、定量化探测等特点。^[4]高光谱观测卫星采用上海航天技术研究院成熟的SAST3000卫星平台，运行于太阳同步轨道上。卫星共装载了7台探测仪器，覆盖了从紫外到长波红外谱段，融合了成像技术和高光谱探测技术，可实现空间信息、光谱信息和辐射信息的综合观测。^[8]

高光谱综合观测卫星的成功发射标志着高分专项工程空间段建设任务全面完成。卫星于2022年12月9日在太原卫星发射中心发射入轨，轨道高度为705公里，整星重量约为1.2吨，设计寿命为8年。卫星共搭载3台载荷，分别是可见短波红外高光谱相机、大气痕量气体差分吸收光谱仪和宽幅热红外成像仪，具备大气、水、自然生态等全天时、多要素综合探测能力。^[3]高光谱综合观测卫星是高分专项天基系统的重要组成部分，与高光谱观测卫星、大气环境监测卫星组网，实现每天3次大气环境探测全球覆盖、1次红外遥感全球覆盖，3天对中国及近海地区高光谱、全谱段重访观测，可快速满足行业热点需求。^[2]

卫星遥感数据已应用于生态环境动态监测、自然资源调查、大气成分探测等领域，助力打赢污染防治攻坚战，为全国重要生态系统保护和修复、积极应对全球气候变化及美丽中国建设提供支撑。在自然环境监测方面，高光谱综合观测卫星具备国内最高成像光谱分辨率的可见短波宽谱宽幅高光谱成像能力、国际上优于百米分辨率且幅宽最宽的长波红外探测能力。可见短波红外高光谱相机的高光谱分辨率能够较好地反映不同地物的光谱信息，在生物量监测、生态修复、甲烷排放精准监管等定量化遥感反演方面具有较大的潜力；宽幅热红外成像仪可获取4个长波红外谱段信息，在水体热污染监测、陆表水表温度监测、土壤水分反演等方面有较好的应用能力，能够大幅提升夜间高分辨率高时效定量观测能力。^[3]

基于卫星载荷数据，卫星团队利用优化的甲烷柱浓度反演算法，开展了甲烷点源排放遥感监测，成功监测到区域内清晰的甲烷排放羽流。监测结果表明，卫星的可见短波红外高光谱相机具有较高灵敏度和探测精度，能够对天基大范围内的甲烷排放点源进行精准监测，为中国实现碳达峰、碳中和战略目标提供有力的技术支撑。^[3]在大气环境监测方面，高光谱综合观测卫星携带的大气痕量气体差分吸收光谱仪，以推扫方式获取2600公里超大幅宽紫外可见高光谱数据，实现对全球大气痕量气体成分如二氧化硫、二氧化氮、臭氧等的定量监测，为中国大气环境治理与监管、气候变化研究提供数据支撑。^[3]

卫星数据获取的夏季单日全球臭氧柱浓度分布结果，清晰地揭示了全球臭氧分布趋势。通过在轨测试，臭氧柱浓度反演精度优于97%，数据可有力支撑大气污染防治、全球气候变化监测。^[3]在水环境监测方面，高光谱综合观测卫星能准确鉴别饮用水源地、重点湖库的水质情况，及时跟踪内陆水体蓝藻、绿藻、黄藻等藻类污染物生长变化，为水体保护和污染防治提供解决方案。^[3]在自然资源监测方面，高光谱综合观测卫星具备高光谱矿产资源调查与评价、土壤重金属污染程度高光谱调查等监测能力，可为自然资源行业主体业务提供良好的数据支撑。^[3]卫星数据将在国家遥感数据与应用服务平台上共享，持续为各层次用户提供数据和产品应用服务，推动中国遥感数据共建共享共用。后续，高光谱卫星研制团队将继续支撑国家高分体系建设，深研高光谱前沿技术、推进高低轨高光谱卫星立项发展，用不懈的努力研制“能用、管用、好用、易用”的卫星，为国内各行业用户提供高精度、高光谱遥感数据。^[3]

截至2024年1月23日，高光谱综合观测卫星地面系统共接收数据为245.2TB，生产1级产品数据85638景，生产应用专题产品19类。^[4]

高光谱综合观测卫星，可实现污染气体、内陆水体、陆表生态环境、蚀变矿物、岩矿类别等要素的综合探测，能够为中国生态环境、自然资源、气象等行业应用提供高质量、高可靠的高光谱数据，特别是可为加强生态环境保护、持续推进污染防治攻坚战提供重要的数据支撑。^[4]卫星在轨运行期间，用户单位在自然资源、生态环境、气象等领域开展了典型示范应用。国家航天局发布了卫星在轨交付应用产品，包括全球臭氧柱浓度监测图、全球二氧化氮柱浓度监测图、土壤水分监测图、海冰监测图、土壤重金属污染程度分级监测图、水质监测图等高光谱数据图像，展现了卫星在水污染防治、生态环境监管、矿产资源调查、地质环境监测、污染气体动态监测、海冰监测等方面的综合观测能力和重要应用成果。^[4]

高光谱综合观测卫星的成功发射将进一步提升中国高光谱遥感数据的自给率，主要应用于污染减排、环境质量监管、大气成分监测、自然资源调查、气候变化研究等方面，大幅提升全球大气污染物监测能力，显著提高中国对甲烷等温室气体排放点源和水体污染排放点源的区域宏观监管能力，有力支撑复合型大气污染防治，助力打赢污染防治攻坚战，为全国重要生态系统保护和修复、积极应对全球气候变化及美丽中国建设等提供支撑。高光谱综合观测卫星发射成功后，具备国际综合性能第一的大幅宽中高空间分辨率长波红外探测能力、国内成像光谱分辨率第一的可见短波宽谱宽幅高光谱成像能力、国内空间分辨率第一的污染气体高光谱探测能力，还将在轨实现国内第一次卫星三轴机动对月亮定标。^[2]高光谱综合观测卫星由航天科技集团八院抓总研制，是中国国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统的重要组成部分，是实现高分专项高光谱观测能力的重要标志之一。^[3]