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极简科学课 | 精准预测自然灾害的"36天罡星群"

来源:中央纪委国家监委网站 发布时间:2021-09-25 08:00

中央纪委国家监委网站 于露

  近日,我国首个将36颗遥感低轨小卫星用于自然灾害和城市应急监测与预警服务的项目“36天罡星群”在海南文昌国际航天城挂牌。

  “天罡”是古星名,指北斗七星的柄,有“朝气蓬勃、志向远大、正直担当”之意,我国传统文化认为北斗丛星中有36个天罡星。记者了解到,该项目以“36天罡星”命名,正是取其天罡正气、保境安民的寓意。

  “36天罡星群”将由36颗遥感低轨小卫星组成,配置高分辨率(亚米级)可见光、高光谱、激光多波束扫描等载荷相机,除具备遥感卫星的传统功能以外,还将拓展应用于地质和气象两种类型的灾害预警功能。针对地质灾害预测,主要依靠分布式编队雷达(SAR)卫星干涉成像,通过识别毫米级地形地貌变化来预测滑坡、沉降、塌陷等地质灾害。针对气象灾害预测,36天罡星座主要利用所搭载的全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)载荷,通过对导航卫星L波段信号进行两次接收和解算来估计台风中心位置,改善传统气象卫星CCD成像因受云团影响而无法精准识别台风中心的问题,从而提高台风路径预报的精准度。

  不仅如此,“36天罡星群”的各个卫星通过共同组成“卫星星座”,实现多星协同搜索、多星协同数据融合、异构星群智能任务规划和敏捷遥感,确保任务快速、实时响应。换句话说,这些各自“身怀绝技”的卫星并非单打独斗,而是集结在一起,构成了一个功夫了得的“武林家族”。

  如果说这些遥感卫星是观察、守护地球的“眼睛”,要使其“看”得更清楚、更好地发挥作用,其他技术支持也必不可少,这其中就包括无人机高分辨率光学航拍和激光雷达系统的技术配合。如“36天罡星座群”的激光雷达载荷可以利用反射光速率来测量地面的起伏和高度,对于海洋测绘以及高程数字地图的绘制有着非常重要的作用。

  当然,光是“眼睛”发现问题还不够,还需要有“大脑”来帮忙研判、解决问题。据了解,“36天罡星群”将充分发挥低轨小卫星星座覆盖范围广、数据种类丰富、实时更新能力强的优势,将大量地质调查数据、地质灾害隐患点的地面传感器监测数据相结合,并进行大数据分析,形成“空—天—地”一体化的监测预警、风险管控、应急救援网络系统,为我国灾害应急处理和防灾减灾救灾提供更及时更精确的遥感大数据服务。

“空—天—地”一体化地质灾害早期识别与监测预警示意及流程图

  根据项目设计,“天”方面,该项目的第一颗卫星将于2022年6月底我国汛期到来前发射并投入使用,在2023年5月底前完成全部36颗卫星的发射组网。“地”方面,目前已经在重点区域布设地面传感器2万余个,预计今年年底将达到5万个。“空”方面,项目会与无人机相关企业进行合作,获取相关地区的地面航拍数据。在此基础上,依托现有地质灾害监测仪器研发、示范工程、无人机应用和预警平台技术,进行联合研发攻关,还将在地质灾害早期识别、多数据融合分析、新型算法开发、防灾减灾服务等方面提供技术支撑。

  该项目的卫星研发、制造、发射工作在海南开展。项目相关负责人介绍说,海南文昌国际航天城是国内卫星设计、卫星制造、卫星发射、遥感大数据、人工智能等卫星产业链的上下游企业的汇集高地,将为项目的发展提供很大的支撑和便利,特别是在文昌国际航天城进行卫星制造和发射,将会大大降低运输的成本和风险。此外,文昌卫星发射场位于我国纬度最低地区,具有射向多、射向范围广,发射效率高、成本低、技术难度低的优势,并可延长卫星寿命。 

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