ReviewsSpace International 国际太空 · 2019·2

48★专题综述

2018年国外对地观测卫星

发展综述

龚燃 刘韬（北京空间科技信息研究所）

2018年，国外天基对地观测领域有19个国家/地区共进行了31次发射，成功将123颗卫星送入轨道，

发射数量在全年卫星发射总数中占据显著优势，是发展最为迅速的应用卫星，凸显了国外对天基对地观

测的旺盛需求。从发射主体来看，主要发射活动集中在美国，共发射了86颗，欧洲发射了12颗，俄罗

斯发射了6颗，日本发射了5颗。从卫星用途来看，大部分为商用卫星，占发射总数的70%。

截至2018年底，国外共有601颗对地观测卫星在轨运行，约占全球在轨卫星总数的33%，共有超

过30个国家和机构运营对地观测卫星系统。其中，美国对地观测卫星数量最多，约占66%，商用对地

观测卫星数量最多，约占57%，光学对地观测卫星数量最多，共计400颗，约占67%。

1 美国

2018年，美国仍是对地观测卫星发展最为活跃

的国家，一方面，继续保持着军用、民用对地观测卫

星系统的稳定运行；另一方面，微小型商业对地观测

卫星领域发展活跃，推动微纳卫星业务领域不断拓展，

微小卫星对地成像和气象监测等应用领域逐步成熟。

完善与增强天基侦察监视能力，积极谋求创新发展形成新代差

“未来成像体系-雷达”（FIA-Radar）卫星星座得到扩充。2018年1月12日，美国国家侦察

局（NRO）成功发射FIA-Radar卫星系列第5颗卫

星NROL－47，又称黄玉－5（TOPAZ－5），前

4颗卫星已分别于2010年9月、2012年4月、2013

年12月和2016年2月发射。该系列5颗卫星由波音

公司（Boeing）研制，用于接替1988－2005年发

射的“长曲棍球”（Lacrosse）雷达成像侦察卫星。

TOPAZ－5卫星运行在高1100km、倾角123°的

逆行圆轨道上，与之前发射的TOPAZ卫星高度和倾

角明显不同。Space International 国际太空·总第482期

49积极发展军民微纳对地观测卫星星座。2018年

12月3日，美国成功发射“军事作战空间使能效果”

（SeeMe）卫星，该卫星为美国国防高级研究计划局

（DARPA）发展的低轨小型低成本卫星，由雷神公

司（Raytheon）研制，将为战场作战人员提供更强

大的态势感知能力。DARPA原计划由24颗小卫星

构成星座，但于2015年取消，最终仅有1颗卫星完

成研制，该卫星的实际成像能力还有待DARPA进

行后续公布。虽然DARPA停止了对SeeMe项目的

支持，但仍然将微纳卫星对地观测技术作为发展重

点，包括后续提出“雷达网”、“小卫星传感器”项

目，重点突破可使用于微小卫星的光电／红外遥感

器、展开式天线和星间通信技术等。同时，DARPA

于2018年启动“黑杰克”（Blackjack）低轨星座

项目，旨在充分利用美国商业低成本卫星平台，在

500～130km的轨道高度构建约60～200颗规模的

微卫星星座，并自主运行30天，实现全球连续覆盖，

并与商业星座协同工作，增强系统抗毁能力。

部署新型环境监测卫星，提升地球观测能力

最新一颗地球静止轨道气象卫星发射入轨。

2018年3月1日，美国国家海洋和大气管理局

（NOAA）成功发射新一代气象卫星系列中的第2颗

卫星—地球静止环境业务卫星－S（GOES－S/

GOES－17）。卫星测试轨位为89.5°（W），2018

年底开始业务运行。GOES－S卫星与之前发射的首

颗GOES－R卫星并无太大差异，仅进行了一些小

的调整，包括对热包层进行微调以确保星上设备保持

在最佳温度，以及对磁场仪的星上位置进行了更改。

GOES－R卫星星载先进基线成像仪（ABI）目前

每15min拍摄1次全景图像，GOES－S卫星将测试

ABI每10min拍摄1次全景图像的能力。GOES－S

卫星将观测美国西部、阿拉斯加、夏威夷以及太平

洋至新西兰地区。配合之前发射的GOES－R（观

测美国东海岸、加勒比海、大西洋至非洲），将能完整观测西半球大部分地区。该系列的另外2颗卫

星GOES－T和GOES－U正在研发中，将分别于

2020年和2024年发射。

发射与德国合作的新一代重力探测双星，首次

测试激光测距干涉仪。2018年5月22日，由美国国

家航空航天局（NASA）和德国波茨坦地学研究中心

（GFZ）合作研制的2颗“重力恢复和气候实验后继

星”（GRACE-FO）成功发射。发射后不到3周，

GRACE-FO双星就成功完成星载卫星激光测距干涉

仪（LRI）测试，验证了微波测距系统的性能，并监

测到了地球质量分布引起的地球重力场变化。该测

距仪是GRACE-FO卫星的技术试验设备，已与主测

距设备—微波测距仪进行同时测量，2个测距仪数

据具有较高吻合度。GRACE-FO是目前全球唯一在GOES－S卫星示意图

GRACE-FO卫星飞行示意图ReviewsSpace International 国际太空 · 2019·2

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轨运行的先进重力探测卫星星座，主要目标是延续

GRACE任务，获取高精度的地球重力场数据，实现

每30天更新一次全球重力场模型；次要目标是验证

LRI在改进星间测距精度方面的有效性和能力，继续

进行无线电掩星测量，为气象服务提供温度或湿度的

垂直分布图。

发射监测地球冰川的卫星。2018年9月15

日，NASA成功发射冰、云和陆地高程卫星－2

（ICESat－2），以测量覆盖格陵兰岛和南极洲的

陆地冰川年均高度变化。卫星搭载了新型的激光高度

计—“改进的先进地形激光测高系统”（ATLAS），

可发射6束绿色激光，发射频率为10000次/s，产生

的数据量为ICESat卫星的250倍，高度测量精度可达

1cm，同时具有10kHz的高脉冲重复率，可在沿轨方

向以70cm间隔进行密集采样。ICESat－2卫星每年

将沿同一路径测量极地地区的冰层高度4次，提供季

节性和年度冰层高度变化监测，延续NASA连续15年

的极地冰层厚度数据。ICESat－2卫星与GRACE-FO

卫星相结合，可更准确量化南极冰盖变化。

商业对地观测卫星稳定运行，更多公司开始发射与规划新型商业星座

国外商业微纳卫星对地观测卫星星座经历了过

去数年中从概念提出到大规模部署的发展，开始进入

稳定运行阶段。美国行星公司（Planet）的“鸽群”

（Flock）星座目前已完成系统部署，星座规模约由ICESat－2卫星飞行示意图150颗卫星组成，“天空卫星”（Skysat）星座已有

10余颗工作星在轨工作；斯派尔公司（Spire）的“狐

猴”（Lemur）卫星星座已经完成第二代型号更替；

黑天全球公司（BlackSky Global）自2018年底开

始发射首批工作卫星，计划2019年完成全部60颗卫

星的发射部署。

除了行星公司、斯派尔公司、地理光学公司

（GeoOptics）等常规部署后续星座，越来越多的初

创公司开始发射自己的商业对地观测卫星星座，美国

鹰眼360公司（Kestrel Eye 360）、阿斯特罗数字

公司（Astro Digital）、五车二空间公司（Capella

Space）均在2018年发射了其首颗卫星。同时，2018年，

卡佩拉空间公司（Capella Space）和高光谱卫星公

司（HyperSat）等获得融资，正在研制并即将发射

其新型商业合成孔径雷达（SAR）小卫星星座和全球

首个高光谱小卫星星座。

2 欧洲

2018年，欧洲持续保持对地观测领域的高投

入，部署后续环境监测卫星，大力推进“哥白尼”

（Copernicus）对地观测计划。法国、西班牙积极研

制新一代侦察监视系统，通过欧洲各国之间的合作，

增强欧洲整体成像能力。在全球商业对地观测市场蓬

勃发展的影响下，英国、芬兰等国家的商业公司积极

发展商业对地观测小卫星星座，并启动首颗星的部署。

积极建设下一代侦察监视系统，推进欧洲军民两用对地观测系统共享

法国开始部署新一代光学成像侦察卫星，侦察

系统向体系化发展。根据法国2018年1月提出的军

事航天系统发展计划，将重点支持提升低轨监视能

力和地球静止轨道（GEO）监视能力。法国计划于

2018－2022年陆续完成更新换代工作，包括由3颗

卫星组成“光学空间段”（CSO）卫星星座，首颗

CSO－1卫星于2018年12月19日发射，用于接替Space International 国际太空·总第482期

51太阳神－2（Helios－2）卫星。CSO卫星相机基于

“昴宿星”（Pleiades）卫星技术进行了重大改进，

采用了全新的可见光和红外探测器、高度集成的视频

电子器件、用于红外通道的新制冷机制，以及相机的

新陶瓷支撑架构，分辨率从0.5m提高到0.35m。同

时，法国光学成像侦察系统向体系化发展，正在论证

地球静止轨道、大椭圆轨道（HEO）光学成像卫星，

未来有望与低轨卫星共同组建高低轨结合的光学成像

侦察卫星体系。

西班牙成功发射军民两用SAR卫星。2018年2

月22日，西班牙对地观测卫星“帕兹”（Paz）成

功发射，Paz为X频段SAR卫星，将加入“多国天

基成像系统”（MUSIS），主要满足西班牙的国防

和安全需求。卫星有效载荷包括X频段SAR（Paz-

SAR）、自动船只识别系统（AIS）、无线电掩星与CSO卫星组网工作示意图

Paz卫星飞行示意图强降水装置（ROHPP）和激光后向反射器（LRR）。

卫星地面段采用德国航空航天中心（DLR）研制的

SAR处理器，用于基于原始SAR数据生成与德国的

“X频段陆地合成孔径雷达”（TerraSAR-X）卫星

相同的高精度的图像产品（分辨率为1～18m）。该

卫星进入与德国TerraSAR-X和“X频段陆地雷达

附加数字高程模型”（TanDEM-X）相同的轨道运行，

三星星座可提高重访能力，实现3天内全球覆盖，任

意地方1天内重访。

部署新型环境监测卫星，拓展民用对地观测能力

欧洲第3颗极轨气象卫星成功发射入轨。2018

年11月17日，欧洲第3颗极轨气象卫星—气象业

务－C（MetOp－C）卫星成功发射。MetOp－C卫

星是MetOp系列卫星的最新一颗卫星，其前续卫星

MetOp－A和MetOp－B分别于2006年和2012

年成功发射。MetOp－C卫星发射质量4083kg，主

要用于确保欧洲从极地轨道采集数据持续提供气象预

报业务。基于“欧洲气象卫星组织极轨系统”（Eumetsat

Polar System）的空间段合作协议，该卫星由欧洲航

天局（ESA）负责研发，空客防务与航天公司（TAS）

负责制造。3颗气象业务卫星在轨运行，“欧洲气象

卫星组织极轨系统”将把气象预报再提前10天，这

将对欧洲民众和经济极为有利。MetOp－C卫星还

能确保“欧洲气象卫星组织极轨系统”到第二代系统

的平稳过渡，第二代系统预计将于2022年发射。

世界首颗风测绘卫星成功发射。2018年8月，

ESA成功发射全球首颗专用风测绘卫星“风神”

（Aeolus），利用激光雷达测量风剖面结构，实现全

球风场立体观测。卫星质量约1360kg，其核心设备

是“阿拉丁”（ALADIN）多普勒侧风激光雷达，由

1台紫外激光器、1部散射接收机和1副口径约1.5m

的望远镜组成。该激光雷达以50次/s的频率发射紫

外脉冲，散射接收机和望远镜实时接收经大气分子、

尘埃粒子和水滴散射的激光信号，地面人员通过分析