每年伏季休渔期结束,渔船就会从各港口驶向深蓝。数十年前,渔民出海只能凭经验判断鱼群踪迹,如今通过一份精准的渔情预报便可快速锁定鱼群位置。而这份预报背后的核心数据,就来自距离地球数百公里轨道上的海洋二号系列卫星。
7月2日,海洋二号E卫星在酒泉卫星发射中心由长四乙火箭成功发射。E卫星入轨后,将接替2018年发射的海洋二号B星,与在轨运行的海洋二号C星、D星等组网运行,开启我国海洋动力环境卫星星座二期工程的新篇章,确保我国海洋动力环境监测业务连续、稳定运行。
海洋二号系列卫星,由航天科技集团五院遥感卫星总体部抓总研制,是我国首个专门用于海洋动力环境监测的卫星系统。自2011年海洋二号A星首发至今,10余年间,这套星座织就了一张“全天候、全天时、高精度”的海洋动力环境监测网,为海洋防灾减灾、近海资源开发、海上航行安全及海洋科学研究持续提供坚实可靠的“中国海洋数据”。
近岸观测难题迎来突破
低轨卫星的组网数量,直接决定海洋观测的重访效率。2018年发射的海洋二号B星作为首颗业务星,在轨服役时长早已超出设计寿命,持续稳定的数据供给面临断档风险。
“E卫星的首要使命,就是保证海洋观测数据的稳定性、连续性。”五院张庆君告诉记者,海洋监测最怕数据断档,渔业预报、台风预警、海洋科研等下游应用,都依赖稳定、连续的观测时序。E卫星的无缝接替,首先保证了海洋监测业务的运行。
但E卫星的价值远不止“接力”,它还突破了近岸观测难题。长期以来,陆地杂波持续干扰卫星雷达高度计,导致离岸2~20公里的近岸海域长期存在观测盲区。而这片区域,恰恰是滨海旅游、近海养殖、港口航运高度集中的区域,也是我国海洋经济活动最密集的核心地带。
E卫星延续了海洋二号系列卫星的高效综合探测思路。该星搭载了雷达高度计、微波散射计、微波辐射计和校正辐射计等主要微波遥感载荷,可精准采集海面高度、有效波高、海面风场、海表温度等海洋动力环境数据,为海洋天气预报、厄尔尼诺等全球气候研究提供了重要依据。
“近岸观测是行业公认的难题,离陆地越近,杂波干扰就越强,探测效能也会急剧下降。”张庆君介绍,卫星研制团队从载荷系统优化、近岸处理算法两大维度同步攻关,有效削弱了陆地杂波干扰,大幅提升卫星在近岸海域的观测能力。
近岸海域也是红树林、海草床、盐沼等滨海湿地生态系统的核心分布区。“补上近岸海洋动力观测的空白,可以为红树林常态化巡查、长期生态监测等提供太空数据支撑,助力滨海湿地实现从粗放看护向精准管护的转型升级。”张庆君表示。
从“大海捞针”到“按图索骥”
一份标注着海温、海浪等动力数据的渔情预报,究竟是如何帮助渔民找到鱼群的?其实,海洋动力卫星并不能直接“看见”鱼群,而是利用鱼类“逐饵料而动、逐适温而居”的生存规律,通过观测驱动鱼群聚集的海洋物理环境与动力过程,间接定位潜在渔场。
水温是决定鱼类活动范围的基本前提,绝大多数经济鱼类都有专属的“温度偏好”:鱿鱼多活跃在12~18摄氏度海域,金枪鱼适宜20~25摄氏度海域,带鱼则普遍分布在20~25摄氏度海域。
而鱼群具体在哪里,还要看“食物”的分布。浮游生物作为海洋食物链的基础,其丰度与分布受海流、温度、风场、涡旋等动力过程控制。冷暖洋流交汇之处,海水会持续向上翻涌,底层富含营养盐的海水会被带到表层,催生浮游植物的快速生长,形成天然索饵场。追逐饵料而来的小型鱼虾,又会吸引鱿鱼、金枪鱼等经济鱼类在此大量聚集。
这些海温、海流的微小变化,都被海洋动力卫星“尽收眼底”。渔业部门会将海风、浪高、风速等海洋动力环境卫星数据与海洋水色卫星、浮标数据整合分析,计算出潜在渔场分布图,通过渔业协会、船载终端、手机客户端向渔民发布。
“相当于从大海捞针,变成了按图索骥。”张庆君打了个比方。近年来,依托海洋二号系列卫星的观测数据,渔民得以精准高效发现鱼群,大幅缩短海上盲目作业时间,显著提升了渔获产量、海上作业周期。
除助力渔业生产外,海洋二号系列卫星也在防灾减灾中扮演着重要角色。“台风大多生成于远海,地面观测站覆盖不到,船舶观测又很有限,卫星几乎是唯一的实时观测手段。”张庆君解释道。
海洋二号系列卫星搭载的微波散射计,被誉为“海上测风仪”。它能穿透云层、不受昼夜限制,全天候捕捉海面风场的细微变化,风速测量精度优于2米/秒,风向精度优于20度,小到风向是南风还是东南风,大到台风中心的风力等级,都能被其精准捕捉。
多年间,海洋二号系列卫星持续提供台风活动观测数据,精准定位台风的中心位置、风力等级、移动速度,为沿海群众转移、沿海设施防护争取了宝贵的预警窗口。“卫星参数的提升,最终要落到守护民生安全的实处,这也是航天技术发展的价值。”张庆君表示。
织一张“太空安全网”
随着卫星载荷能力持续提升,海洋二号系列卫星已发展成为我国维护海洋权益、参与全球海洋治理的重要太空支点。
此前,广袤的远洋一直是船舶监管的盲区。传统的岸基船舶自动识别系统(AIS),仅能获取离岸60公里内的船舶信息。海洋二号系列卫星自B星起,增加了星载AIS载荷,可以不间断获取船舶的位置、航速、呼号等信息,将海上监管边界拓展至全球海域。
“这相当于织起了一张太空安全网。”张庆君介绍,这套系统打破了传统岸基AIS的距离限制,既能常态化开展全球航运管控、优化远洋航线布局,船舶失联、海上险情发生时,也能快速定位事发海域,大幅提升海上搜救处置效率。
在海啸预警领域,海洋二号系列卫星测量的海面高度数据,还可以精确地反演海底地形。结合有效波高观测数据,有关部门可以判断是否会发生海啸。在海啸来临时,这些数据可以帮助推演海啸抵达沿岸的时间、波及强度,有效提高海啸的预警能力。
在人迹罕至的极地,海冰的消长、风场的变化,直接影响着科考航线的安全与极地生态的稳定。依托海洋二号系列卫星持续的观测数据,科研人员则可以长期监测极地海冰分布与环境变化,为科考船队规划安全航线,支撑极地气候与生态长期研究。
“一套星座,兼顾海洋动力环境监测、防灾减灾、航行安全、极地科考等多重功能。”在张庆君看来,这既是航天技术发展的体现,也是一个海洋大国的责任所在,“海洋是高质量发展的战略要地,掌握自主可控的全球海洋观测能力,才能更好守护我国海洋权益,推动构建海洋命运共同体。”
(王乐天 王琬涵)