摘要：高分五號衛星的論證和設計體現了超前的前瞻性和預見性，也正是6臺先進的有效載荷讓高分五號衛星練就了環境監測和國土資源勘探的“火眼金睛”。

高天浩宇牧星辰，分光辯物覽無痕。

今天凌晨，由上海航天技術研究院研製的高分五號衛星在太原發射基地成功升空並進入預定軌道，這是“上海製造”的榮耀時刻，更成爲我國實現高光譜分辨率對地觀測能力的重要標誌之一。

要做就做最好。立項之初，研製團隊對標國際同期在軌運行的大氣高光譜探測儀器和規劃中的新一代星載高光譜成像儀的技術指標，果斷決定要搭載6臺全新研製的有效載荷。其中，包括2臺先進的高光譜/多光譜陸地觀測載荷（可見短波紅外高光譜相機、全譜段光譜成像儀）和4臺先進的大氣類觀測載荷（大氣環境紅外甚高光譜分辨率探測儀、大氣主要溫室氣體監測儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀和大氣氣溶膠多角度偏振探測儀），光譜分辨率國內最高，國際領先。

就像歌裏唱的：借我借我一雙慧眼吧，讓我把這紛擾看得清清楚楚明明白白真真切切。高分五號衛星爲美麗中國建設增添了一雙“慧眼”。

光譜分辨率高：不僅能探測一個地方有沒有礦，還可以分析是何種礦

高光譜遙感是當前遙感技術的前沿領域，它的出現是遙感界的一場革命。高分五號衛星總指揮蔣光偉說：“用戶對高分五號衛星的需求非常迫切，2012年12月31日趕在當年的最後一天衛星獲批立項。”那時，閉幕不久的黨的十八大上首次提出了要建設美麗中國，這也是當時環境保護部（現爲生態環境部）作爲用戶的第一顆衛星。

“高分五號衛星其實是將大氣和陸地觀測兩類衛星的功能集合在一顆星上。”高分五號衛星總設計師孫允珠說，“現在看來，衛星的論證和設計體現了超前的前瞻性和預見性，也正是這6臺先進的有效載荷讓高分五號衛星練就了環境監測和國土資源勘探的‘火眼金睛’。”

地球上不同物質都有自己獨特的光譜特徵，光譜就像人的“指紋”，是用以識別和分析不同物體的一種重要的“身份證”。 如果說肉眼只能看到物質的形狀、尺寸等信息，光譜探測則可以分析物質的具體成分。比如說通過高光譜遙感技術，不僅能探測一個地方有沒有礦，還可以分析是何種礦。

據介紹，一般多光譜衛星有幾個到幾十個探測通道，高分五號衛星6臺載荷不僅實現了從紫外至長波紅外全譜段的高光譜觀測，而且其中可見短波紅外高光譜相機一個載荷就有330個探測通道，可以獲取0.4-2.5微米譜段的圖像和連續光譜信息，其強大探測能力自不待言。

可見短波紅外高光譜相機可見光譜段光譜分辨率達到5納米，不僅可以監測飲用水源地污染，通過高光譜成像精確地識別內陸水體綠藻、黃藻等藻類的生長變化情況，還能在高光譜礦物識別、礦產資源調查、地質環境調查與監測、農作物估產等方面發揮重要作用。

高分五號衛星搭載的大氣主要溫室氣體監測儀，是國際上首臺採用空間外差干涉體制進行溫室氣體探測的有效載荷，監測儀可獲取二氧化碳、甲烷等大氣溫室氣體的高光譜數據，可用於對區域大氣環境監測以及全球溫室氣體起源與經風向傳播的“旅行圖”進行分析等，爲氣候變化研究及環境外交提供基礎數據。

探測手段多：幾乎涵蓋目前光學遙感衛星所有工作模式

高分五號衛星就像是一個“全能運動員”，在國內首次運用高光譜/多光譜對地成像觀測、天底觀測、掩星觀測、海洋耀斑觀測、多角度觀測、偏振觀測等多種探測手段，是國內探測手段最多的光學遙感衛星，工作模式多達26種，幾乎涵蓋了目前光學遙感衛星所有的工作模式，可謂是十八般武藝樣樣精通。

其中，高分五號衛星大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，是我國第一臺用於二氧化硫、二氧化氮、臭氧等全球污染氣體探測的高光譜有效載荷，其天底觀測角度達114度，就像是一個廣角鏡，在705公里高空，不但一天就可以覆蓋全球，而且能實現定量監測大氣中含量極少的二氧化硫等污染氣體的分佈、變化和輸運過程。

大氣氣溶膠多角度偏振探測儀可實現大視場（±50度）和多角度成像，不僅對地表任一目標均可實現9-11個角度的全方位觀測，而且每個角度還可以實現3個譜段偏振觀測圖像，是目前國際上多光譜、多角度和偏振探測能力最強的星載大氣氣溶膠探測儀之一，將在霧霾、大氣顆粒物等大氣環境監測及氣候變化方面發揮重要作用。

高分五號衛星工程總師徐博明說：“我國高分專項衛星具有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率、高定標精度等四高特點，高分五號衛星除了具有高光譜的獨特優勢，在高定標精度方面的表現也極爲出衆。”

高精度的定標是高光譜衛星定量化應用的基礎，就像一把尺子是否準確需要標校一樣，尺子不準，做的再精緻，測出的數據也是不準確的。而高分五號衛星上裝載的太陽漫反射板、比輻射計、變溫黑體、LED等7類星上定標器，就是用於給星上載荷進行輻射和光譜定標，光譜定標精度最高可達0.008波數，是國內定標精度最高的衛星，足以保證衛星探測信息準確不失真。

大氣環境紅外甚高光譜分辨率探測儀，是我國第一臺寬譜段星載超高光譜分辨率的大氣掩星探測儀，也是我國光譜分辨率、光譜定標精度最高的星載探測儀。探測儀獲取的干涉數據可用於分析溫室氣體、臭氧等痕量氣體的垂直分佈信息，就像爲大氣做切片，爲氣候變化研究和大氣環境監測提供科學依據。

高可靠長壽命：克服每天近15次高低溫變化和空間輻照影響

功夫越好，責任越大。高分五號衛星強大的綜合觀測能力讓用戶對衛星的需求更爲迫切。蔣光偉說：“2012年衛星還沒正式立項，上級就提出將衛星設計壽命從5年提高到8年。2014年，衛星剛剛研製不到兩年，PM2.5等環境污染問題加劇，用戶又提出希望衛星能提前發射。”而當時國內低軌遙感業務星設計壽命一般爲3-5年，高分五號衛星作爲首顆科學試驗衛星，設計壽命就要求達到8年，還要提前發射，這使研製工作難度進一步加大。

要知道，高分五號衛星在705公里的太陽同步軌道，每天都要經歷近15次高低溫變化和空間輻照影響，這對衛星使用壽命無疑是極大的考驗。爲此，研製團隊整整花了一年時間重新論證並改進、優化原先的設計方案，從元器件和線纜，從電源到活動部件，從載荷到平臺，一一梳理，哪怕是一個元器件都要尋根究底，保證“歷史清白”，並針對探測器、製冷機、光學薄膜、活動部件等壽命薄弱環節開展了75項試驗驗證工作，突破多項關鍵技術。

爲驗證數傳分系統的核心單機固存的長壽命和高可靠性，團隊做了8萬次的讀寫試驗，相當於在軌使用16年，沒有發現一個壞區。衛星天線在軌每天要進行大角度的擺動，是對使用壽命考驗最大的部件之一。即使衛星實際在軌運行8年也只需6萬多次擺動，但高分五號團隊在地面做了8萬次擺動驗證試驗，確保滿足8年壽命要求。

高分五號衛星從立項研製到成功發射正好經歷了國家提出建設美麗中國砥礪奮進的五年。同時，高分五號衛星在軌運行的前三年也是我國進行環境治理攻堅戰的三年。投入使用後，將在我國高光譜分辨率遙感衛星應用方面起到重要示範作用。

更可喜的是，當前國家大力推進空間基礎設施工程建設，上海航天技術研究院大氣環境監測星和高光譜觀測星等兩顆衛星也先後獲得立項。對此，孫允珠說：“我國原來的高光譜衛星都是被動探測，今後我們將由靠陽光反射的被動探測向使用激光主動探測方向發展，由低軌向高軌發展，將在環境治理和國土資源勘測等方面發揮更加重要作用。”