建立全球防灾减灾卫星系统 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：院士园地

　　建立全球防灾减灾卫星系统
　　中国科学院院士 陈芳允
　　作者简介：电子学专家。1916年生于浙江省黄岩县。中国科学院院士，国际宇航科学院院士。1938年毕业于清华大学。1945年—1948年在英国Cossor无线电厂研究室工作。新中国成立后先后在中国科学院物理研究所、电子学研究所等单位进行电子学研究。1967年调入国防科工委，着重研制我国地球人造卫星无线电测量控制系统，并参加卫星测控网的建设。他作为总设计师，提出了几种新的测控方案和设备，特别是有自己特色的微波统一测控系统，对我国通信卫星的发射起了重要作用。1980年后逐步转入空间系统工程研究，与合作者提出多项结合我国国情的新的应用卫星系统。
　　要防灾减灾，必先要能得知灾害的起因和能监测灾情的发展情况，才能采取相应的措施。为此，卫星遥感是一种重要的手段，特别是建立全球防灾减灾卫星系统，用于大范围地观测大气圈和详察地面情景，对于预报灾害发生、进行预防工作、估计灾害损失、指导减灾救灾，以及灾后重建，都将起重要作用。
　　对遥感卫星的新要求
　　遥感仪器，就其感应成像的方法原理来说，可以分为两类。一类是被动式的，即以不同的传感器接收来自大气圈和地物圈中事物受阳光照射后散射和由自身的温度或某种辐射的波而成像的，例如，以电荷耦合器件为敏感器的光学相机、微波辐射计等。另一类是主动式的，系由遥感器主动发出电波（一般是微波）照到地物而接收其反射或散射回波而成像，如雷达和合成孔径雷达。这些相机或雷达可安装在飞机上或卫星上对地观测，飞机在紧急情况下可以随时起飞，但是能观测的范围较小，观测大气圈更是不够高。因此，预报和长期及时的大面积监测还是要靠遥感卫星。
　　国际上遥感卫星的发展，从60年代气象卫星开始，70年代初发射地球资源探测卫星，到现在已发射和将于近期发射的已有30多种，它们有各种的科学目的，有些对地面有很高的观测分辨率（或称空间分辨率），可以分清较小的物体。但对于自然灾害等变化的环境的观测，除要有一定的空间分辨率外，还要能在较短的时间内对一地进行重复观测（即有较高的时间分辨率）。现有的遥感卫星中，气象卫星、特别是同步定点气象卫星可以不间断地对大气现象进行观测，但它是定点于赤道上35800千米的高空，对地面观测的分辨率就显得不足了。其它对地观测卫星中，少数能做到一天观测一次，但是这时所用的遥感器的空间分辨率也很低。
　　我国的地学和遥感专家对地球上的自然灾害和影响以及可持续发展的环境变化有效观测的要求进行了研究。他们提出，除对于大气圈的观测需要短于1小时的重访周期以外，若要做到对大部分的自然灾害和环境变化进行监测，则要求有几十米到100米的空间分辨率和一天两次的重复观测。对于这个要求，现有的对地观测卫星几乎都不能达到。近年来国际上有些组织提出全球性的空间减灾系统建议，但由于系统复杂，投入太高，至今没能够付诸实施。但美国有报道称，他们利用空间遥感手段，在农业方面，当有自然灾害时，如果早3—5天得到预报，采取措施后，一般可减少损失达30％—40％；在其他方面如海洋渔业，当遥感测知海温分布后，捕获量可大大增加；风灾、雪灾、水灾，如有预报和及时监测，均可减少损失；对于城市建设的规划和实施，也有重要的作用。
　　遥感小卫星群
　　80年代中期以来，小卫星在国际上有很大发展。一是由于卫星部件材料的轻型化和元器件的小型化；二是结构组合的改进。另外也由于可以把大卫星的多种功能分为几种卫星来承担，而一颗卫星就可以做小。小而轻的卫星加上其基本结构（或称卫星平台）的标准化，可以做到生产周期短、经济和批量生产。我国科学家很快注意到这一发展，于1991—1992年共同提出了以一定数目的遥感小卫星组成的系统（或星座）来对地观测，以解决一天两次的重复周期问题。例如在可见光谱段，采用最常用的4个谱线，当卫星轨道高度为772千米，相机对地面的分辨率为50米，卫星经过时扫出的观测带宽度为400千米，若用7颗均匀分布于同一轨道面的一圈轨道上的小卫星，即可达到每天观测两次的要求。对于红外和远红外谱段，如用同样的卫星轨道高度，红外扫描仪对地扫描时的分辨率300米，幅宽900千米，则3颗小卫星便足以达到每天观测两次。该见解于1992年发表后，引起国际上的重视。经有关的小卫星专家估计，上述可见光谱段的小卫星可以做到质量为50千克，每颗造价约250万美元。最近我国科学家提出微波波段（毫米波和厘米波），利用微波辐射计为遥感器的小卫星系统，用以探测云中的水汽含量、地表土壤的湿度以及农作物的生长情况，还可以配合其它卫星中的红外探测仪试验地震临震前的预报。
　　我们的建议
　　综上所述，我们提出建立全球综合的防灾减灾卫星系统的建议。整个卫星系统包括：（1）各国现已发射在轨的气象卫星，其中有我国具有优越性能的风云2号同步定点气象卫星；（2）我们提出的三种遥感小卫星群系统；（3）雷达卫星，其中已发射的比较适用于减灾的是加拿大于1996年发射的合成孔径雷达卫星RADARSAT。我们国内也正在研制此类卫星，我们拟建议考虑增加可对较大面积进行观测的工作模式以适于减灾救灾中须有较短重复观测周期的要求。对我国来说，气象卫星已经上天，雷达卫星已在研制中，因此我们建议将小卫星群的建立列入重要的基础设施之中。还应该指出，我们提出的遥感小卫星群系统满足了每天两次对地观测的要求，显然更能作为其他不需要短周期重复观测的现象探测之用，例如地球资源探测，因此研制建立这一系统一举两得，对防灾减灾是急需的。
　　在信息时代，卫星遥感是一种重要信息源。它获得信息后，要传回地面，因此地面数据接收站是必不可少的。接收到数据以后，要快速地处理成像、显示，并据此分析判断灾情及提出措施方案供领导决策，这一整套设施我国已有相当的基础，应考虑加强补足。
　　还必须指出，对于防灾减灾，除了信息源和信息利用系统建设以外，相应的信息传递系统———通信系统也十分重要。在严重灾害时，地面有线通信系统一般均会遭破坏或淹没而不能工作。这时，卫星移动通信系统是唯一的解决办法。信息源的利用和有效的通信系统是息息相关的。中国中西部的一些农村、牧区、山区至今连电话都不通，我们认为可以和防灾减灾的通信问题通盘考虑解决。国际上现在正兴起一种全球卫星移动通信热，提出的系统很多，但都要求很大的资金投入，而且通话费很高，不适于我国和第三世界应用。我们应该研究和发展适合国情的系统。从技术上说，以我国的空间科技实力，加上基础科学方面的大力协同，相信我国科技工作者能够自主创新地解决这些问题，并向国际上，特别是向发展中国家推广。（附图片）