我国遥感卫星地面站：仰视星空的“数据驿站”
光明日报记者 姚昆
遥感卫星，犹如人类安放在太空的眼睛，在天巡绕，对地仰视，发生着很多名贵的观测数据。这些数据看不见、摸不着，怎样才干传送至地球？
答案就在遥感卫星地上站。它就像一个“数据驿站”，在地遥呼，对天仰视，接纳着人们欲知的海量信息。作为空间信息范畴的中心基础设备，通过30余年的展开，现在，我国遥感卫星地上站已成为我国空间观测的牢靠数据源，服务千行百业、千家万户。
正在运转的激光通讯地上站。 空天院供图
从“鹤立鸡群”到五站组网
北京密云，山峦之间，一个大院圈住几座巨大的天线，与周边风光构成鲜明对比。我国遥感卫星地上站（以下简称“地上站”）的故事正是从这儿开端的。
时间回到1975年，我国初次发射返回式遥感卫星。但当时，还没有数据传输型遥感卫星以及遥感卫星地上站，我国只能购买国外卫星数据来获取相应材料，购买难度大、数据时效性差，数量更是极端有限。
何时才干具有归于自己的遥感卫星地上站？遥感科技作业者和职业部分翘首以盼。
1986年12月，历经多年筹建，地上站建成并投入运转，包含密云卫星数据接纳站（密云站）和坐落北京城区的总部。
“密云站的建成运转，让我国从此具有了直接获取卫星遥感数据的才能，具有了自己的地上数据源，填补了我国在卫星遥感技能范畴的空白，创始了我国遥感技能和遥感使用的新时代。”我国科学院空天信息立异研究院（以下简称“空天院”）研究员、地上站主任黄鹏说。
很快，它的效果便发挥了出来。1987年，我国大兴安岭林区发生特大火灾，地上站第一时间呼应，初次将卫星遥感图画使用于国家严重自然灾祸监测中。从此，卫星遥感为我国防灾减灾救灾供给了重要支撑。
但渐渐地，新问题呈现了：国家经济建造需求日益增加，鹤立鸡群的密云站呈现超负荷运转的情况。“我国幅员辽阔，而密云站数据接纳规划仅能掩盖我国约80%的陆地疆土面积。”黄鹏说。
怎样处理？与我国航天作业的迅速展开同步，2005年，陆地观测卫星数据全国接纳站网项目发动，地上站的建造脚步加快了：
2008年1月，新疆喀什站建成运转，填补了我国西部民用遥感卫星数据接纳的空白；
2010年5月，海南三亚站建成运转，我国对地观测卫星数据直接获取才能初次伸展到南部海疆；
2023年9月，黑龙江漠河站两套7.3米天线体系先期投入运转，我国卫星接纳站网接纳掩盖面积对外扩展约400万平方公里，均匀每颗卫星每天可以添加约20分钟的接纳时长；
2024年9月，云南丽江站全面建成投入运转，填补了我国西南地区无固定卫星地上接纳站的空白。
由点到面，地上站现在已是个“大家庭”——从密云站起步，地上站现在已构成了以北京总部为中心，密云、喀什、三亚、丽江、漠河五站组网的运转体系。
“由五站组成的卫星数据接纳站网具有38部大口径数据接纳天线和十余条高速光纤数据传输链路，具有S/X/Ka三频段天线工程化事务运转才能，以高度自动化运转完结了掩盖我国悉数疆土和亚洲70%陆地区域的实时数据接纳，开端具有全球卫星数据的快速获取才能，规划体量和技能指标均坐落国际前列。”黄鹏说。
我国遥感卫星地上站丽江站。 空天院供图
繁忙的“传达室”
“接纳国内外遥感卫星和空间科学卫星数据，并为用户供给广泛的数据服务，是地上站的中心事务。”在地上站喀什站站长王建平看来，地上站好像繁忙的“传达室”。
“卫星数据接纳是一个不可逆的进程，每天每个时段都有卫星过境，一旦错失就或许导致宝贵的卫星观测数据丢掉。”王建平说，“咱们一向坚持着365天×24小时全天时运转的情况，站上的作业人员根本都是以站为家。”
不但很忙，地上站仍是个“多面手”。
自1999年开端，我国空间对地观测作业日新月异，地上站承当着包含资源系列、环境减灾系列、高分系列等在内的一切民用对地观测的数据接纳使命。
2011年，我国科学院空间科学战略性先导科技专项发动，地上站承当了近地轨迹空间科学卫星的盯梢、接纳、记载和传输使命，将数据接纳事务从对地观测拓宽至空间科学范畴；2015年，地上站开端承当以“悟空”“墨子”“慧眼”为代表的我国科学院空间科学卫星数据接纳使命，为我国空间科学卫星获得严重使用效果供给了牢靠的数据保证。
30余年来，地上站已累计承当中外卫星使命76颗（现在在轨卫星使命50颗），接纳卫星轨迹70余万轨；一起，办理着从1986年至今超越600TB的前史存档数据，是国际上接纳与处理卫星数量最多的组织之一，也是我国时间最长的对地观测卫星数据前史档案库。
体现亮眼的背面，是地上站与国计民生的严密相连。
从全国疆土查询、全国生态情况改动查询评价、全国森林资源查询等严重遥感项目，到2008年汶川地震、2010年玉树地震等严重自然灾祸，黄鹏介绍，地上站接纳的卫星数据已广泛用于科研、灾祸监测、环境监测、林业、疆土资源、城市规划、农业、水利、气候、海洋、矿业等专业范畴，为满意国家严重使命需求供给了数据服务。
而为习惯我国对地观测和空间科学作业的不断展开，科研人员一向在展开科技攻关，尽力建造与研发高水平卫星地上体系。“密云站初建时，悉数设备和技能只能靠引入。”黄鹏告知记者，现在，地上站的设备均已完结国产化，卫星数据接纳和处理体系抵达国际先进水平，能快速完结数据接纳后的产品处理，为全国用户供给近实时的数据服务。
“地上站现已展开成为我国兼容和扩展才能最强的卫星数据地上体系。”黄鹏表明，未来，还将继续提高卫星数据的接纳、处理和服务才能。
激光带来新挑选
2023年6月12日清晨，一束激光从地上射向太空，与飞翔的卫星相连，一条衔接六合的信息通道被树立起来。我国初次成功完结星地10Gbps激光通讯，星地数据传输的新挑选——激光传输间隔事务化运转又近了一步。
近来，新进展传来：自主研发的500毫米口径激光通讯地上体系在新疆完结布置，我国首个事务化运转的星地激光通讯地上站正式建成并进入常态化运转阶段，我国卫星数据接纳仅靠微波地上站的现状由此改动。
为什么要展开星地激光通讯并建造星地激光通讯地上站？
“高速”“高效”，空天院高级工程师李亚林给出要害词。
跟着我国卫星技能的高速展开，卫星勘探发生的数据呈几何级增加，但海量数据无法及时下传的问题也日益凸显，这限制了卫星数据资源的高效使用。李亚林表明，仅依托设备规划扩大和部分技能指标提高，已很难满意星地高速通讯的需求，新技能手法的使用很有必要。
在国际上，星地激光通讯被视为未来星地高速通讯的重要手法。它能有多快？以激光为载体的星地激光通讯，其信息传输速率最高可达微波通讯的近千倍。
“假如将频段比作路途，微波X频段是单车道，微波Ka频段是4车道，激光可包容成百乃至上千车道。一起，激光通讯体系重量轻、体积小、功耗低、保密性强，可以满意星地海量数据传输需求。”李亚林说。
当时，发达国家正加快布局展开星地激光通讯技能。美国已完结激光通讯的在轨工程化使用，正加快构建近地高速激光通讯网络和高速深空激光通讯网络；欧洲完结了高速相干激光通讯的工程化使用，正向着工程化组网方向展开；日本起步较早，技能老练，正往多点布站规划化使用发力。
“咱们同样在加快！”谈起我国星地激光通讯技能的展开，黄鹏表明，一系列要害中心技能正不断被霸占——为完结夜间星地激光通讯的常态化运转，科研团队先后突破了大气信道猜测及使命规划调度、激光信号的快速捕获建链和自习惯光学校对、杂乱大气条件下的无误码传输等一系列要害技能；近期又霸占了白日强大气湍流、强布景光下的牢靠星地激光通讯难题，初次成功完结了白日星地激光通讯事务化运转实验，将星地激光通讯的可用时段提高了近一倍。
“星地激光通讯地上站的常态化运转，将为我国下一代星地海量数据传输体系规划以及新一代卫星地上站网建造打下坚实基础。”黄鹏泄漏，现在国家星地激光通讯地上站网正在规划证明中。“伴跟着激光通讯地上站的运转和继续优化改善，星地激光通讯凭仗其共同优势，将在卫星数据接纳范畴得到广泛使用，有望通过‘激光+微波’组合运转形式，有用处理当时海量卫星数据难以下传的问题。”
■链 接
遥感卫星地上站是怎样作业的
人造卫星带着的遥感器可以自动或被迫接纳各类陆地、海洋、气候等信息，而遥感卫星地上站则担任接纳遥感卫星向地上发送的包含各类勘探信息的信号，完结“天有所视，地有所知”。那么，遥感卫星地上站是怎样作业的呢？
我国科学院空天信息立异研究院研究员、我国遥感卫星地上站主任黄鹏介绍：“地上接纳站的主要使命是查找、盯梢卫星，接纳并记载卫星下行的遥感数据和遥测数据。”
其间，盯梢接纳环节十分要害，是卫星与地上接纳站之间树立联络的数据通讯进程，二者的通讯传媒为电磁波（一般为微波）。现在，卫星与地上接纳站之间常用的通讯频段包含S频段、X频段和Ka频段。科研人员将这一进程描述为“追星”和“读星”。
“追星”——地上接纳站要从苍茫星海中接纳指定的卫星信号并非易事，需求精准计算出卫星的方位，并操控数十吨重的接纳天线“瞄准”数百公里外飞翔的卫星；卫星单次过站时长有限（一般为3至14分钟），需求在几秒内捕获卫星信号，在接纳进程中还要时间调整姿势，以坚持信号盯梢接纳安稳，对准误差不能超越0.12°。
“读星”——盯梢到卫星后，就是对卫星下行数据的接纳环节。这类数据归于“弱信号，大信息”。“弱信号”是指遥感卫星发射的微波信号会通过数百乃至数千公里，有时还会遭受恶劣气候，抵达地上站时已十分弱小；“大信息”是指接纳的遥感卫星数据码速率十分高，现在干流对地观测卫星下行码速率可达4×1.5Gbps。因为遥感卫星的品种纷歧，对数据接纳的要求也或许不同，优异的地上站能针对卫星的详细接纳要求进行相应装备，具有杰出的通用性。
散布于不同地址的地上接纳站会将“读星”数据传输到总部，由总部对其进行记载存储。这些数据通过处理，变成可用的数据产品后，才会被送到用户手中，完结终究的“落地”。
“这些环节分别由不同的技能体系承当和完结，而运转办理贯穿一直，它是各个体系、环节之间的整体操控和办理调度的中枢，担任接纳方案、规划调度接纳资源、下达使命，并对使命的履行进程进行监督和盯梢，完结整个地上站的自动化、协同运转。”空天院高级工程师、地上站副主任冯柯弥补道。
（光明日报记者姚昆采访收拾）
《光明日报》（2024年10月03日 08版）
来历：光明网-《光明日报》
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