冰路飞天，守望“三极”——专访冰路卫星项目发起人、中山大学测绘科学与技术学院院长程晓

首先，“三极遥感星座观测系统”中的“三极”就是南北极和以青藏高原为核心的高海拔区域的第三极。这三个地区的生态环境非常脆弱，对全球变暖也是最敏感、反应最剧烈。

目前，各国都在进行南北极地考察，中国科学家主要通过“船只+科考站”这种海陆联合的方式实地采样获取极地数据，开展科学研究。但是因为两极地区区域大，条件限制，地面观测也没办法做到大范围和连续观测。青藏高原所在的第三极也是人迹罕至，因为近期国家启动的第二次青藏高原科考，掌握的资料还稍微多一些。三个地区地理位置也非常重要，因为非常恶劣的自然环境，观测和研究资料都非常匮乏。

进入新时代以来，“三极”的重要性愈发凸显，我国现有卫星能获得的资料也有限，在三极的卫星观测方面对欧美过度依赖，2017年，我任北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长的时候提出“我国应该建立三级遥感星座观测系统”这个倡议，得到了全国二十多家高校、科研院所的支持，之后项目也得以顺利推进。

另一个层面，虽然我们现在都可以使用国外的极地卫星的影像数据，但是受政治方面的不稳定因素影响，这种情况和局面没办法一直持续保障下去，一旦数据封锁，就如同GPS和北斗，我们将处于非常被动的地位。所以综合多方面，这样一个系统都是非常有必要的。

几乎完全依赖欧美甚至日本的卫星，2001年，我国航天遥感技术还十分落后。一幅30米分辨率的美国陆地卫星影像在中国遥感卫星地面站定价4000元；5米分辨率的法国SPOT卫星影像要价3万元。那时候我从武汉大学考入中国科学院遥感应用研究所攻读博士学位，为了开展极地遥感研究，写了几十页的报告跟欧洲空间局申请了4幅欧洲资源卫星ERS所拍摄的南极格罗夫山地区的雷达影像。同时求助郭华东院士，通过他作为日本JERS-1卫星科学顾问的数据配额，获得了JERS-1卫星拍摄的同一地区的雷达影像。利用这6幅来之不易的南极雷达影像，完成了我国首篇极地雷达遥感博士论文，开创了双频干涉雷达方法，揭示了南极格罗夫山地区复杂的冰流场。

2008年，美国和欧空局相继宣布其陆地卫星系列数据完全免费，2013年底，我国极地破冰船“雪龙”号在南极冰海被困，我国各路遥感卫星都或多或少开展了针对性的侦察观测，然而在营救的最后窗口时间发挥关键作用的仍是国外免费开放的卫星数据。

近年来，我国发射的高分、资源等系列卫星基本实现了国土区域遥感数据的自给自足。然而，两极特殊区域的观测仍然极其缺乏，这与我国航天大国的地位极不相称。

要做一个大的工程，首先得有人迈出第一步，否则就只会停留在口号、纸上或者PPT里。有媒体定义我为这个项目的首席科学家，我觉得不太准确，我本身不做航天器、传感器的设计，但是我们是遥感影像数据的用户，从科学用户的角度提出需求，这些信息用来反推支撑卫星平台、载荷、轨道高度、轨道设计等，这样卫星研制和发射所获得的影像成果更能满足应用需求。我们非常荣幸的是，徐冠华院士支持并担任该卫星的顾问。

最开始“三极遥感星座观测系统”设计是发射80颗，后来经过估算，实际上24颗也能初步达到我们想要的效果。

目前国际上发展的大卫星，功能很强大，但是研制的周期长、成本高、风险大。有鉴于此，这次项目我们提出小卫星的模式，搭载的传感器从十几个降为三个，成本从十数亿元降为几百万，研制周期从五至十年降为一年多。小卫星具有高集成度、成本低、研制周期短、批量生产能力强、配置灵活、可扩展性强等特点，适用于姿态控制精度高、机动能力强、数据传输量大的微纳遥感卫星任务。

冰路卫星还是一颗“探路”星，采用“鸽群”发展模式。意思是，假如我放一只鸽子出去传递信息，遭遇意外，就彻底没了，但是如果我放一群携带同样信息的鸽子，达到目的的概率就大大提升了，这就是国际航天遥感发展方向的一个低成本、高效率的“鸽群模式”。

现在“三极遥感星座观测系统”还在努力推动国家立项，我们想先通过这颗科技部和北师大资助研制的实验卫星做试验，通过实践发现一些问题，然后再进行下一步的跟进和改版，这是一个逐步的部署过程，我们希望2030年完成整个项目，待星座组建完成，预计可实现对极区快速变化过程的小时级观测。

我们发射的冰路卫星重约16公斤，根据我们的需求，配备了2台光学相机载荷和1台AIS接收机。

卫星的宽幅相机专门针对极地观测高动态场景进行设计，传感器对同一地物自动进行两次长、短时间曝光，输出融合后的图像，可有效改善冰雪、陆地水体同时存在的高动态场景成像效果。

通过每天对极地地区的观测，可及时报告航道海冰变化，同时结合AIS接收机收到的船只信息，自动为船只规划航行线路，做出航道风险评估。

卫星不仅可针对极地进行观测，还可以实现全球范围内任意区域中等分辨率图像采集，只是因为目前电源和传输条件的限制，我们优先极地观测。

我们从开始设计卫星的时候，是在综合考虑国内现有卫星成果以及国外同用途卫星成果情况后做出的设计决定，就没有简单地去复制国外现有的模式。

国外目前有两类主流的极地观测卫星，一类以美国陆地卫星Landsat-8为代表，30米分辨率、180公里幅宽，2013年发射；还有一类是最高分辨率250米的MODIS卫星，其幅宽达到2300多公里，1999年发射，设计寿命5年，实际上已经稳定运营了20年。

我们选择的是介于这两种之间的一种新的观测模式，分辨率优于80米，幅宽近800公里。这样我们卫星提供了一种独特幅宽和分辨率组合的极地遥感数据，与国外卫星遥感数据进行协同使用，可能会能带来一些意外的收获。

我们在卫星应用方面确实存在一些短板，这是多方面原因造成的。

卫星发射前端我们需要关注，后端应用其实更需要关注，我个人认为，评价一颗卫星发射的必要性，主要看后期成果应用情况，如果应用少，所获取的成果质量好坏就缺乏实践的考验，无法反馈合理的意见和建议到前端，闭门造车很难得到进步，这样其实也非常不利于我国卫星遥感产业的良性发展。

这次冰路卫星的影像成果我们是完全开放并免费提供给用户使用的。数据处理方面，为解决卫星数据的实时接收、处理和分发，我们国际商业卫星地面接收站帮忙接收数据，传回国内；吉林长光则为我们做卫星数据前期的处理，从0级数据到1级数据，之后数据上传华为云，有需要和兴趣的用户都可以直接下载，实现数据的快速下传和处理，并向全球共享。

我们是想通过吸引更多的用户，大家在应用中发现问题，然后针对问题提出意见和建议，反过来促进我们卫星的设计和研制，让上天的卫星能提供更好的数据，提升我国极地天基观测能力。