技术人员正在安装太阳帆板
▲ 载荷相机安装完毕
3月18日，由北京师范大学、中国长城工业集团有限公司、深圳航天东方红海特卫星有限公司联合研制的我国首颗针对极地观测的小卫星——“BNU—1”完成整星热试验，有效验证整星在真空热循环环境下的工作性能及各系统的匹配性和协调性。该卫星预计将于今年6月发射，有望进一步丰富我国自主极地卫星遥感观测数据。
■ 中国海洋报记者 方正飞 赵 宁
解决极地数据缺乏难题
南北极地区是地球气候系统的重要组成部分，受全球变暖影响最为剧烈。长期以来，由于受南北极气候和环境等因素影响，我国极地遥感观测资料较为缺乏，成为研究全球环境与气候变化的薄弱环节。
近年来，北京师范大学整合极地科学领域优质学术资源，开展了极地遥感与气候变化、极地天文、极地生态与环境和极地心理学等研究，努力攻关近地面无人机遥感和极地卫星技术。“BNU—1”卫星就是推进极地遥感研究的重要举措。
北京师范大学致力于开展遥感信息在极地科学中的应用，从2010年开始为“雪龙”船提供极区航行冰情信息服务。
2014年1月，“雪龙”船在救援俄罗斯“绍卡利斯基院士”号后，被南极海冰围困。北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长程晓带领团队利用分析数据和卫星资料，了解到“雪龙”船所处区域的海冰快速变化情况，并建议从东南方向突围，帮助“雪龙”船成功脱困。
“在帮助‘雪龙’船脱困时，发挥重要作用的遥感数据主要来自美国卫星。”程晓说，不只是这次南极救援，在我国极地科学研究和后勤保障中，一直以来都高度依赖欧美卫星数据。
相较而言，我国没有专门针对极地观测的卫星，缺乏及时精确的极地遥感资料。“我国多数卫星没有极地工作模式。如同照相机一样，拍摄不同的场景需要调整相应的曝光模式，这样才能拍出清晰的影像。”程晓说。
在中国第35次南极考察过程中，“雪龙”船在南极阿蒙森海触碰冰山。程晓团队在分析阿蒙森冰情时，首先拿到的也是欧洲空间局“哨兵1号”的卫星数据。“拍摄时间是碰撞前5分钟，欧空局卫星的观测能力令人赞叹。”程晓说。
立志打造“中国星”
近年来，随着卫星技术发展，研制专门观测极地的卫星不再遥不可及，重量从几公斤到几十公斤不等。小卫星可根据科研任务专门设计，设计制造周期更短、发射更加便捷、研制费用也大大降低。
2013年，日本成功发射了一颗专用于北极海冰观测的小卫星，更加坚定了程晓团队的信心。“发展中国极地观测小卫星势在必行。”
2014年，北京师范大学联合中国科学院上海微小卫星工程中心研究员吴树范团队研制北极观测小卫星。在合作的3颗立方体试验卫星中，携带了分辨率为100米的多光谱相机载荷。该卫星于2015年9月25日成功发射，并拍摄到了清晰的遥感影像，清晰度明显优于部分外国卫星。
这次小卫星的研制发射经历为程晓团队在载荷研制、卫星平台建设等方面积累了宝贵经验。团队进一步完善了极地观测方案，将极地小卫星分辨率定在优于100米，并保证宽画幅。
2017年11月，我国科学家在香山科学会议“三极环境与气候变化”上提出建设“三极遥感卫星观测系统”，着力解决我国极地遥感观测中的“卡脖子”问题，“BNU—1”被列为“三极遥感卫星观测系统”的先锋示范星。
2017年底，北京师范大学与中国长城工业集团有限公司、深圳航天东方红海特卫星有限公司开始联合研制极地观测小卫星，并依托深圳海特公司的微景平台发展极地观测载荷。
“我们希望通过‘BNU-1’卫星探索掌握极地微小卫星研制应用关键技术，摸清极地天基观测的科学技术问题，推动后续大系统建设。”程晓说。
小卫星有大功能
据了解，“BNU-1”卫星的主要观测对象为极地冰冻圈，包括冰盖、冰架、海冰、植被和冻土等要素，尤其是冰架和海冰等动态变化剧烈的要素。利用该卫星有望在海冰漂移、冰架崩解等快速过程方面取得新的认识，并为船舶提供冰情信息，有效保障极区航行安全。
“BNU—1”卫星重约15千克，可携带包括幅宽800千米、地面分辨率约80米的中分辨率多光谱相机，幅宽80千米、地面分辨率8米的中高分辨率多光谱相机，以及星载船舶自动识别系统接收机等3个传感器载荷。在3个载荷配合下，结合面向极地的轨道设计，中分辨率相机能够实现对南北极地区每5天一次全覆盖。
船舶自动识别系统接收机全球开机，可以接收卫星过境区域船舶讯号;8米和80米分辨率相机相互配合，实现普查和详查的结合;80米分辨率图像还有望与国际上主流的两颗光学卫星Landsat—8(30米分辨率)和MODIS(最高250米分辨率)实现互补融合。
开展极地遥感观测，后续应用是关键。获取极地卫星观测数据需要配合卫星数据接收站网。目前，我国海外站网极度缺乏，卫星数据下传受限，严重制约我国卫星数据应用。同时，极地观测小卫星数据的及时下传，需要在极地或附近地区建设卫星地面接收站。
目前，北京师范大学正在推动北极合作卫星地面站建设，为卫星提供地面支持的同时，与所在国家或地区共享卫星数据。
对于发展极地卫星观测，程晓还有进一步设想。“‘BNU-1’卫星入轨运行后，每天会有大量数据传下来，还需建立卫星数据中心，完成数据的处理加工和分发任务。”
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