天地对话的特殊,中国首个海外陆地卫星接收站
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11月23日,应UNESCO国际自然与文化遗产空间技术中心邀请,新疆自治区住房和城乡建设厅副厅长姚玉珍一行访问中国科学院遥感与数字地球研究所,主要了解遥感地球所在卫星数据获取、处理及虚拟卫星地面接收站的应用情况。

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365体育网址手机,  记者从中国科学院获悉,历经两年建设,中国遥感卫星地面站北极接收站(简称北极站)于北京时间15日在瑞典基律纳投入试运行。北极站是我国第一个海外陆地卫星接收站,具有全天候、全天时、多种分辨率卫星的接收能力,它的落成运行极大提高了我国全球数据的接收获取能力。

在HIST常务副主任兼秘书长洪天华的陪同下,姚玉珍一行了解了遥感地球所的整体概况和HIST基本情况。随后,遥感地球所副所长刘建波介绍了各卫星地面接收站接收数据及向总部传输、处理数据的情况。最后,科研人员详细介绍了虚拟卫星地面接收站系统的运行情况,并展示了这套系统在新疆自治区环境监测方面的作用。

遥感地球所副所长刘建波参加北极站落成仪式。

365体育网址手机 2北极站全景(中科院遥感地球所 图,下同)

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  据中国科学院介绍,北极站位于瑞典基律纳航天中心,站址经纬度北纬67°53’、东经21°04’,位于北极圈以北约200公里处,由国家高分重大专项支持,中国科学院遥感与数字地球研究所承担建设和运行任务。目前中国共有五个遥感卫星地面站。除瑞典北极站外,其余四个均设在国内,分别为密云站、喀什站、三亚站和昆明站。四个国内站具有覆盖我国全部领土和亚洲70%陆地区域的卫星数据实时接收能力。

365bet体育在线手机版,刘建波介绍卫星地面站情况

密云站工作人员维修设备。

365体育网址手机 5 四个国内地面接收站接收覆盖圈

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  中国科学院遥感与数字地球研究所副所长刘建波研究员说,北极站能大大增加卫星拍摄数据的下传时效。极轨卫星南北向绕地球运转,每轨都会飞越极地上空。因此对于同一颗卫星而言,北极站每天的数据接收量是国内站的2倍以上。

三亚站工程师进行电机清理工作。

  对于全球数据获取,国内站获取某一区域数据的最长时间间隔可达7个小时以上,而北极站获取同样区域数据的最长时间间隔不会超过3.5个小时,全球任意地区数据的平均获取时间不超过2小时,数据获取时效性可以提升1倍以上。这对自然灾害等需要快速响应的应用具有重大意义。

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喀什站在执行暗物质卫星首轨任务时严阵以待。

365体育网址手机 9 朝霞中的北极站

12月20日下午,在中国遥感卫星地面站喀什站,杜卫波像往常一样例行工作——检查12米天线设备。他告诉《中国科学报》记者:“我们负责接收卫星数据,每天每个时段都有卫星过境,所以接收工作是365天、每天24小时不能停,地面站的工作人员基本以站为家。”

  北极站多项技术性能取得了重大突破,达到世界领先水平。例如,北极站天线系统拥有S/X/Ka三频段数据接收能力,这是我国三频段天线的第一次工程化应用,同时它也是我国第一套具备Ka频段极轨卫星数据接收能力的接收系统;北极站天线系统数据最高支持的接收码速率为4×1.5Gbps(Ka频段),达到世界领先水平,这一参数意味着,北极站天线系统对未来卫星数据接收的支持能力是以前系统的5倍。

今年,陆地观测卫星数据全国接收站网建设项目通过国家验收,该站网项目由中国科学院遥感与数字地球研究所(以下简称遥感地球所)承担建设任务,已经形成了密云站、喀什站、三亚站、昆明站、北极站和北京本部组成的我国对地观测卫星与空间科学卫星数据接收站网。

  此外,为了应对地域条件、气候条件、工作条件等挑战,北极站在工程建设方面突破了一大批关键技术,包括大型三轴天线结构系统轻型化、模块化、抗低温、易拆装设计、无人值守和远程故障诊断及维护等。通过北极站建设,我国接收站相关工程技术达到国际先进水平。

遥感地球所副所长刘建波在接受《中国科学报》记者采访时表示:“通过陆地观测卫星数据全国接收站网,我国直接接收卫星数据的范围覆盖了全部国土和亚洲70%的区域,这是一座繁忙而又特殊的‘传达室’。”

365体育网址手机 10 极光下的北极站

从一枝独秀到多站组网

  本次,高分重大专项工程中心副主任汤燕、遥感地球所副所长刘建波、瑞典空间公司卫星运营部总裁Leif Osterbo、航天恒星技术有限公司代表刘焱参加了北极接收站落成仪式。

卫星遥感是20世纪60年代兴起的科学领域,随后迅速发展成为各国空间对地观测领域的主要科技手段之一。刘建波指出:“我国在拥有自己的遥感卫星地面站之前,只能通过购买国外的卫星数据获取相应的资料,不仅难度大,还存在时效性差、数量极其有限等问题。”

  此外,中国驻瑞典大使陈育明也发来贺信,对北极站正式落成表示祝贺,指出北极站为中瑞双方的长远合作打下坚实的基础。他预祝双方不断深化的航天领域合作进一步推动两国的经济社会进步和双边关系发展,并为人类和平利用外空做出新的重要贡献。

1979年1月31日,邓小平同志与美国时任总统卡特签订中美科技合作协定。在此基础上,1986年12月,我国建成了自己的遥感卫星地面站,包括位于京郊的密云卫星数据接收站和位于北京的数据处理中心,邓小平同志亲笔题写了站名——中国遥感卫星地面站。

365体育网址手机 11 中国遥感卫星地面站各站接收覆盖圈

随着中国遥感卫星地面站的建成,我国可以在第一时间直接获取国际遥感卫星观测的数据。问题也随之而来,“密云站的数据接收范围仅能够覆盖我国陆地国土80%左右,制约了我国陆地观测卫星地面系统的发展和服务。”刘建波说。

  此前建成的地面卫星接收站均承担了对高分三号、高分四号等遥感卫星数据进行接收的工作。北极站建成后,也将为“高分系列”遥感卫星的使用提供更好地支持。

于是,2005年国务院批准启动了陆地观测卫星数据全国接收站网建设项目。2012年,国家高分辨率对地观测重大专项实施。借助于这些国家项目,经过十年的艰苦建设,中国遥感卫星地面站从建立之初的一个密云站,发展到了今天拥有国内外5个接收站的规模。

其中,2008年建成的喀什站解决了我国西部和周边区域长期缺乏遥感卫星数据的状况,2010年建成的三亚站使我国陆地观测卫星数据直接获取能力首次伸展到南部海疆,2016年5月建成的昆明站有效解决了我国西南及周边地区的卫星观测数据的获取问题,2016年12月建成的北极站是我国第一个位于海外的陆地观测卫星接收站。

从一座天线到数十座天线,从一个站到多站组网,从国内到走出国门,中国遥感卫星地面站不断填补我国空间遥感领域数据获取能力的空白。地面站的每个重要建设、发展节点,都对利用空间信息保障国家利益具有重要的意义。

从技术引进到自主创新

自地面站建成投入运行以来,技术水平明显提升。中国遥感卫星地面站副主任黄鹏回忆道:“1986年密云站初建时,全部设备和技术均来自美国,而今地面站技术已经实现国产化。”

现在,中国遥感卫星地面站已经形成了完整的卫星数据接收、传输、存档、处理、分发体系,以北京总部的运行管理与数据处理为核心,密云站、喀什站、三亚站、昆明站、北极站为数据接收点的运行格局。

卫星存储数据的能力有限,而接收卫星数据是一个不可逆的过程,卫星通过无线电波向地面站传输数据,可能会出现数据丢失的情况,这就需要通过必要的技术保障手段降低数据丢失概率,增加可靠的备份手段及时作出响应。

黄鹏指出:“我们自主研发的运行管理系统、数据接收系统、数据传输系统、数据处理系统、数据管理系统、数据检索与技术服务系统协同运行,实现覆盖全国疆土的数据接收、处理和共享分发服务能力,满足国家遥感卫星数据接收任务的需要。”

在数据传输方面,密云、喀什、三亚接收站至北京总部之间建有10000Mbps或622Mbps带宽的高速数据传输专用链路,瑞典基律纳北极站至北京总部之间的数据传输网络带宽为450Mbps,“强大的数据传输能力保证了卫星数据传输的时效性。”黄鹏说。

正是有了这些自动化技术支撑的调度系统,地面站在卫星数量增加20多倍的情况下,仍然维持人员数量不变,并顺利完成卫星数据接收和传输任务。其中,新建的昆明站和北极站平时处于自动运行无人值守的状态。

黄鹏指出:“我们的综合运行管理系统可以管理规划极轨对地观测卫星、静止对地观测卫星、空间科学卫星等20颗以上国内外卫星任务。地面站的所有系统都以高度的自动化进行协同运行,从数据接收计划的获取、接收任务及资源的规划、数据接收、数据记录、数据处理,直至将数据产品交付用户,全部过程均为自动化执行。”

从服务社会到走出国门

今年8月8日21时,四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,震源深度20公里。9日中午12时,遥感地球所完成了法国SPOT-6卫星、美国LANDSAT-8卫星四川九寨沟震区历史数据产品生产处理,并在所官网通过网络共享发布了首批震区震前卫星数据,并接收了震后的大量国产卫星数据。

中国遥感卫星地面站运行31年来,所接收的卫星数据主要应用于我国科研、灾害监测、环境监测、国土资源、城市规划等专业领域,在保障国家重大任务需求、业务化应用等方面取得了突出成果,真正发挥了国家对地观测领域核心基础设施的作用。

在服务重大自然灾害遥感监测方面,从1987年大兴安岭火灾,到1998年长江特大洪水灾害,再到2008年汶川地震、2010年玉树地震、2013年芦山地震等历次重大自然灾害中,中国遥感卫星地面站均第一时间响应,为国家决策提供了强有力的数据保障与信息支持。

同时,作为国际资源卫星地面站网的重要成员,中国遥感卫星地面站还在澳大利亚林火、巴基斯坦洪水、日本地震等国际重大自然灾害中及时提供了大量珍贵卫星数据,其中澳大利亚林火监测工作产生了很好的社会反响和国际影响,向世界展示了我国和平利用空间技术的形象。

当前,围绕开展“一带一路”沿线资源环境格局与发展潜力等相关研究,遥感地球所正在为“一带一路”提供宏观、前期战略咨询,为“一带一路”沿线国家提供空间信息、环境现状信息支持。刘建波透露:“未来,我们将加强与‘一带一路’沿线国家建设遥感卫星地面站方面的合作,服务国家发展战略,服务沿线国家需求。”

(原载于《中国科学报》2017-12-25第5版创新周刊)

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