從705公里以外的浩瀚太空俯瞰地球，東方“雄雞”正在變綠，東經117°北緯42°一塊名叫塞罕壩的地方，從一片枯黃褶皺變為了翠綠綢帶。

“耳聰目明”的它不僅能監測生態環境的變化，還能感知一條街、一個城、一座山的每一處改變。

它用“眼睛”“耳朵”等捕捉的信息通過畫面和信號等方式傳給地面接收站，應用于生態環境等領域。

(相關資料圖)

……

它就是生態環境衛星。

2022年10月13日6時53分，在太原衛星發射中心，使用長征二號丙運載火箭，成功將環境二號E星送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。至此，由生態環境部牽頭負責組織研制建設并在軌正常運行的生態環境衛星由5名“兄弟姐妹”組成，分別是“環境二號A、B、E星”“高光譜觀測衛星”“大氣環境監測衛星”。

它們從論證到立項，從設計到研發，從制造到發射，從載荷開機到傳回數據，從在軌測試到衛星交付，走過的每一步都是從“0”到“1”的跨越，身上的每個零部件都充滿了故事，也助力生態環境行業定量遙感監測服務能力實現跨越式提升，為我國實現減污降碳協同增效、建設美麗中國的目標提供了有力支撐。

舉足輕重

綠水逶迤，青山相向，草木繁盛，花鳥為鄰，推窗可見綠，白天抬頭有藍天白云，夜晚能望見繁星閃爍，這般的田園詩意，凝聚著人們對綠色美好生活的共同向往和追求。

隨著我國經濟的快速發展，環境問題越來越受到人們的關注，環境監測的任務越來越重，要求越來越高。在監測尺度上，不僅要關注區域尺度的環境變化和生態變化，還要關注全球尺度的氣候變化；在監測內容上，監測的要素也越來越多。

那么，如何綜合監測我國生態環境，讓“綠水青山”不被破壞，人與自然和諧共生？衛星遙感技術發揮了舉足輕重的作用。

作為新時期生態環境保護的新型監測手段，衛星遙感監測將大幅提高我國生態環境保護的治理能力。

采訪中，生態環境部衛星環境應用中心生態環境空間數據中心副主任兼生態環境衛星發展研究所所長游代安告訴《環境經濟》，目前，全球空間基礎設施已進入體系化發展和全球化服務的新階段，衛星遙感已向地球整體觀測和多星組網協同觀測方向發展，逐步形成立體、多維、高中低分辨率結合的全球綜合觀測能力。

高光譜觀測衛星發射點火瞬間圖片。由滕佳華提供

游代安向記者進一步解釋稱，衛星遙感具備觀測范圍大、時效性高、可定量化等優勢，在生態環境遙感監測中發揮著越來越重要的作用。

據悉，生態環境遙感監測具有宏觀、快速、定量、準確等特點，經過50多年的快速發展，已經從可見光發展到全譜段、從傳統的光學成像演變為光學和微波結合、主動與被動協同的綜合觀測技術，空間、光譜、輻射、時間分辨率持續提升，依靠大范圍、全天候、全天時、周期性監測全球環境變化的巨大優勢，已成為監測宏觀生態環境動態變化最可行、最有效的技術手段。

近年來，我國生態環境衛星遙感監測能力穩步增強，在軌的生態環境衛星在大氣環境監測、水生態環境監測、自然生態監測等方面具備了較強的遙感監測能力，國產化衛星遙感數據替代率已達90%以上，有效解決對國外遙感數據的依賴，在生態環境遙感監測中發揮著越來越重要的作用。

與此同時，游代安對當前我國生態環境衛星監測能力和應用有著清晰的認知。“目前，為了更好地滿足我國生態環境監測業務需求，支撐生態文明建設、深入打好污染防治攻堅戰等國家戰略，建立我國自主可控的生態環境衛星體系迫在眉睫。”

誕生之路

衛星的外形酷似一只展翅的大鳥，翱翔于天際。衛星的出生是由許多零部件組成一個完整的衛星的過程。

生態環境部衛星環境應用中心工程師滕佳華告訴記者，衛星工程一般由衛星系統、運載火箭系統、發射場系統、測控系統、地面系統和應用系統等六大系統組成，一顆生態環境衛星的誕生需要經歷立項論證、方案、初樣（科研星）、正樣、在軌測試評價與交付運行等階段。

圖片由滕佳華提供。

在需求轉化為衛星“零部件”的過程中，需要用戶部門提出衛星監測的所有使用需求，對需求進行分類，梳理出探測要素種類以及衛星探測指標需求。

隨后，衛星研制部門根據用戶使用需求，設計適用的衛星軌道，提出相應的探測手段和有效載荷，并根據所搭載有效載荷的體積、重量、功耗等情況，選擇合適的衛星平臺，形成衛星總體設計方案，根據方案開展“零部件”的研制建設。

游代安告訴記者，生態環境衛星研發好后，就會運送到衛星發射基地。

圖片由滕佳華提供。

隨后，發射生態環境衛星的運載火箭也同步到發射基地，生態環境衛星在基地測試完成后會與火箭進行對接，形成星箭組合體。經過專家評審，認為具備發射條件后，火箭和衛星一起轉運到指定的發射工位，隨著5、4、3、2、1倒計時，“點火”！一聲令下，塔架上的火箭便在巨大的火焰中騰空而起，搭載著生態環境衛星直奔蒼穹。

經過一段時間，它們抵達預定入軌點后，衛星和火箭分離，隨后，生態環境衛星經過一系列控制和測試工作，就可以開始正常的工作。

“一顆生態環境衛星從立項論證到回傳數據，整個過程一般需要6~8年的時間，它就如同養育自己的孩子一樣，從嗷嗷待哺的嬰兒到意氣風發的青年，看著它成功入軌運行后，這種心情可以說五味雜陳，既充滿不舍又深感自豪和欣慰吧。”游代安感慨道。

特殊之處

我國民用衛星目前可分為四大體系——分別是氣象衛星、資源衛星、海洋衛星和環境衛星。相比于其他系列，環境衛星雖起步較晚，但發展較快。

2008年環境一號A、B星成功發射，到2012年環境一號C星發射上天，環境一號A、B、C三顆小衛星并組網運行，建成了環境一號衛星環境應用系統，初步實現了業務化運行，標志著我國的環境監測有了“天眼”相助。

2020年9月，環境二號A、B星一箭雙星發射成功，接替已在軌服役12年的環境減災一號A、B衛星，繼續服務國家生態環境保護工作的重大應用需求。

2021年9月，高光譜觀測衛星成功發射，其在軌運行有效填補了我國高光譜衛星遙感觀測的空白，大幅提升了高光譜遙感觀測數據的國產化率，標志著我國高光譜衛星遙感在生態環境領域初步實現了業務化應用。衛星能夠對陸表與大氣環境進行綜合監測，為我國生態環境保護主體業務提供高光譜衛星遙感數據保障。

2022年4月16日，大氣環境監測衛星被成功送入預定軌道，與“高光譜觀測衛星”實現組網運行，進一步增加了我國大氣環境的遙感觀測頻次，提高了重訪能力和全球覆蓋能力，大幅提升我國在生態環境、氣象和農業等多領域的定量遙感服務能力，有效解決對外國遙感數據的依賴，對促進生態環境保護等意義重大。

與此同時，游代安說，開展生態環境遙感監測工作，生態環境衛星是當仁不讓的主力軍，但國內其他高分、風云、資源、海洋等系列衛星，甚至國外的哨兵、陸地資源、葵花等系列衛星，也是重要的數據源，只有各類數據協同使用，才能有效支撐生態環境保護工作的實際需要。

那么，相比于其他系列的衛星，生態環境衛星究竟有何特殊之處？

對此，游代安詳細地向記者介紹道，一是生態環境衛星探測要素多，從天－地－海，大氣、陸地、海洋均要觀測，對綜合觀測要求比較高。

二是定量化要求高，不但需要觀測目標的幾何定量信息，對目標成分信息（輻射定量）的獲取能力要求更高，就是不但要“看得見”，還要“分的清”，因此對輻射精度、光譜分辨能力均有較高的要求。

三是時效性要求高，特別是在中央生態環境保護督察、生態環境執法及環境應急監測等業務應用中，需要快速獲取監測區域有效數據，快速響應監測任務需求。

多項載荷

對很多人而言，衛星實屬“高大上”，且一直比較神秘。游代安告訴記者，其實并非如此，衛星是一個很“笨”的東西，只能在設計人員給它提前設計好的固定軌道上繞著地球轉，也不完全是“高科技”。實際上，衛星那些看似“高大上”的功能主要依靠其所搭載的探測儀器（有效載荷）來實現。

環境二號A、B衛星具備強大的多光譜、高光譜、紅外等對地遙感成像能力及大氣同步探測能力，其搭載了4類光學載荷，包括16米光學相機、高光譜成像儀、紅外相機、大氣校正儀。其中，16米光學相機由四臺可見光CCD相機組成，通過視場拼接可提供幅寬為800公里的多光譜圖像；高光譜成像儀幅寬為96千米，可實現200多個譜段的對地觀測，相當于利用不同的光譜段同時為地表拍攝200多張照片；紅外相機幅寬為720千米，可實現近紅外、短波紅外、中紅外、熱紅外等多譜段紅外成像；大氣校正儀可在軌同步獲取與16米光學相機同視場的大氣多譜段信息，用于輔助16米數據后續處理的大氣輻射校正。

高光譜觀測衛星在同一顆衛星上實現了高光譜、全譜段、偏振、多角度、耀斑等多種觀測數據的融合應用，最高成像光譜分辨率達2.5納米，幅寬60千米；最高大氣探測光譜分辨率達0.03納米，偏振探測精度優于0.5%，觀測角度達15個，綜合性能指標達到國際先進水平。

高光譜觀測衛星共裝載了7臺探測儀器，覆蓋了從紫外到長波紅外譜段，融合了成像技術和高光譜探測技術，可實現空間信息、光譜信息和輻射信息的綜合觀測。

“小小的‘身軀’上，集成了兩臺陸表成像儀與五臺大氣成分探測儀，讓這顆衛星成為當之無愧的‘多面手’。”滕佳華感慨道。

兩臺陸表成像儀——可見短波紅外高光譜相機（AHSI）和全譜段光譜成像儀（VIMI），可以高精度監測陸地和水體環境要素，包括水體污染物濃度、水體熱污染、城市熱島、生物多樣性等，可用于自然生態監測、重點湖庫水質監測、礦產資源勘查、城市熱島效應監測、災情風險監測、典型冰川群及背景積雪監測、農業和林業精細遙感等方面，為我國生態保護紅線監管，碧水保衛戰、凈土保衛戰提供有力保障。

五臺大氣成分探測儀中，大氣氣溶膠多角度偏振探測儀、高精度偏振掃描儀和吸收性氣溶膠探測儀均為大氣氣溶膠探測儀，可用于PM2.5、霧霾監測，助力打贏藍天保衛戰。大氣痕量氣體差分吸收光譜儀和大氣主要溫室氣體監測儀入軌后將成為唯一可用的高光譜污染氣體和溫室氣體監測載荷。大氣痕量氣體差分吸收光譜儀具備0.5納米的紫外高光譜探測手段，可每日監測全球污染氣體情況，服務我國“大氣污染防治”及“臭氧和PM2.5協同探測”工作。大氣主要溫室氣體監測儀可實現1~4ppm的二氧化碳探測和20ppb的甲烷探測，讓碳排放無所遁形。

“簡單來說，高光譜觀測衛星會看得細節更豐富、成分更精確，功能更強大，時間效率更高、空間覆蓋更廣，觀測數據也更準確。”游代安告訴記者，無論是秸稈焚燒、違規排放，還是地表破壞、海面溢油等環境問題，都逃不過它的“火眼金睛”。

大氣環境監測衛星設計運行于705公里的太陽同步軌道，星上配置了大氣探測激光雷達、高精度偏振掃描儀、多角度偏振成像儀、紫外高光譜大氣成分探測儀、寬幅成像光譜儀等5臺遙感儀器。

對于搭載的遙感儀器，游代安形象舉例道，相當于五個乘客拼了個“太空專車”，他們每個人手持各種測量儀器，對大氣細顆粒物、溫室氣體、氣態污染物、云和氣溶膠等大氣環境以及水環境等生態環境要素進行連續、動態的綜合監測。

圖片由滕佳華提供。

“特別是大氣探測激光雷達這位‘貴客’，對專車司機的駕駛技術提出了很高的要求。”生態環境部衛星環境應用中心衛星工程領域首席專家劉思含表示，大氣探測激光雷達在工作時，實時對地發射不同波段的激光，并接收激光的回波信號，通過對接收到的回波信號，反演全球大氣中的二氧化碳柱濃度信息以及云和氣溶膠的垂直分布信息，更重要的是可以實現全球大氣二氧化碳柱濃度的高精度探測。

劉思含進一步解釋道，傳統的被動遙感衛星進行CO2探測精度一般在2~4ppm，且只能在白天進行觀測，同時受云和氣溶膠影響較大，數據有效率一般在10%左右，而主動激光手段可以實現全天時探測，且激光光斑相對較小，可以穿過薄云碎云，受氣溶膠影響較小，數據有效率能夠達到60%左右，探測精度達到優于1ppm。

“利用上述變化特征可以非常敏銳地捕捉大氣中這些成分的變化，大氣探測激光雷達不受白天黑夜影響，可以全天候觀測，因此可謂是一個兢兢業業的‘勞模’；同時，也不受緯度帶的影響，進行全球觀測，獲取更多有效的二氧化碳高精度觀測數據。”劉思含說。

不難看出，生態環境保護的視角沒有局限于目之所及的山河、湖泊、海洋。從無到有再到追求高品質發展，我國生態環境衛星技術研究也在向著高觀測能力、高數據質量的方向發展。

任務不同

抬頭遙望，天上眾多的生態環境衛星，它們的功能會不會重復呢？

“每顆衛星肩負的主要任務都各不相同”。游代安告訴記者，衛星不怕多，在軌越多，一方面可實現組網運行，大幅提升數據獲取和覆蓋能力，提高重訪性能，另一方面不同衛星也可以起到互補的作用。

游代安進一步解釋說，“環境二號A、B、E三顆衛星，圖像數據廣泛應用于環境監測監察等方面，對生態環境遙感監測業務能力的提升極為重要。”

在大氣環境遙感監測方面，可針對秸稈焚燒和沙塵污染進行遙感動態監測，實現大氣環境污染的遙感精細化監測應用，為大氣污染防治以及空氣環境質量預警預報提供技術支持。

在水環境遙感監測方面，可對葉綠素a、懸浮物等水質參數，溢油、赤潮等近海環境事件，核電廠、火電廠溫排水等水體熱污染開展動態監測。

在生態環境監測方面，可為生態系統監測與評估、生態環境關鍵參數生產、自然保護地綜合監管、礦產資源開發監測評估和城市群生態環境監測等生態管理核心業務提供重要數據支撐，實現生態環境信息提取、分析和綜合應用的業務化運行。

同樣，高光譜觀測衛星也在為大氣、水、自然生態等監測方面提供重要數據支持，但與環境二號A、B兩顆衛星仍存在不同之處。

游代安詳細地介紹，高光譜觀測衛星在大氣環境遙感監測方面，可對細顆粒物、沙塵、污染氣體、溫室氣體等進行遙感監測，實現大氣環境污染的精細化遙感監測應用，為大氣污染防治以及空氣環境質量預警預報提供技術支持，并可助力“雙碳”目標實現。

在水環境遙感監測方面，可對水體葉綠素a、懸浮物、透明度、水體富營養化指數、水溫等開展動態監測。

在自然生態監測方面，可為生態保護紅線、自然保護地、城市生態環境、礦山環境開發、生物多樣性等監測提供重要數據支撐。

值得一提的是，在生物多樣性監測方面，高光譜觀測衛星可發揮舉足輕重的作用。這主要體現在對生態系統和物種生境狀況等方面的精細化監測。與之前的多光譜衛星相比，這顆衛星上所獲取的高光譜和全譜段信息，可以提升生態系統類型、重要物種生境或棲息地的分布和健康狀況的識別精度。

以大熊貓為例，借助這顆衛星，可以觀測到大熊貓的生存環境如何，如竹子的種類、水熱及營養狀態等。

此外，說到前不久發射成功的大氣環境監測衛星，游代安開心地告訴記者衛星平臺及各遙感儀器均工作正常，目前還處于在軌測試階段，但已獲取了大量高精度遙感數據，生成了大批高精度應用產品。

針對全球碳監測，大氣環境監測衛星實現了三個國際首次，首次獲取了精度優于1ppm的全球CO2柱濃度數據，首次獲取了夜間的全球CO2柱濃度數據，獲取南北兩極的CO2柱濃度數據，有效數據率達到60%（被動一般在10%左右），通過其他衛星和地面站點進行了交叉比對，應用效果達到了國際領先水平。

大氣環境監測衛星還可以在短周期內獲取歐美等國外重點區域的CO2柱濃度數據，有助于我國掌握碳外交主動權和話語權，這在地面監測我們是做不到的。針對大氣污染監測，大氣環境監測衛星國際首次獲取了全球高精度氣溶膠廓線數據，國際首次通過主被動遙感手段結合獲取了近地面細顆粒物質量濃度數據，為我國大氣污染治理提供了高精度遙感數據支撐。

通過多星的組網協同使用，生態環境衛星在軌應用后顯著提升了我國大氣環境綜合監測、全球氣候變化等應用能力，對提高生態環境衛星資源綜合應用效能、促進生態環境保護事業意義重大。

一圖覽盡

江蘇省徐州市賈汪區，曾經“一城煤灰半城土”，如今“一城青山半城湖”。衛星記錄了賈汪區10多年來生態環境的改變：為荒山和廢舊宕口披上了新綠，有效改善了生態環境，消除了地質災害隱患；大洞山石頭縫里種下的小樹苗已生長成林，成為市民追逐的綠色氧吧……這些改變處處洋溢著自然生態之美。

“拍照體檢”就是生態環境衛星的重要工作之一。滕佳華告訴記者，生態環境衛星的工作方式有兩種。

一是連續觀測模式，衛星在軌運行時，各遙感儀器一直連續工作，被動可見光載荷根據星下點白天黑夜自行切換觀測/待機，主動激光與紅外載荷連續不間斷觀測，衛星將所有觀測數據傳回地面，這種工作方式一般適用于大氣觀測，具有全球觀測能力。

二是定制觀測模式，用戶制定觀測任務（包括觀測時間與觀測區域），由地面上注指令給衛星，衛星收到指令后待軌道運行到相應位置時開始執行觀測任務，獲取任務區域的遙感數據，傳回地面，這種方式一般適用于地表觀測，主要針對我國區域。

它們距離我們如此遙遠，能將地面上的物體全部分辨清晰嗎？游代安解釋道，衛星數據其實是通過衛星上的數傳天線，將數據傳輸到衛星地面接收站的數據接收系統，經過輻射處理、幾何校正等處理流程后，生成1~2級初級數據產品，最后再傳輸給應用系統，用于生產高級專題和應用產品。

“地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質的‘指紋’，是用來分析不同物體特征重要的‘身份證’。”滕佳華說，如高光譜相機，能夠更精細地探測地表物體的光譜特性，識別物體的特征。

以某處種植了一片小麥為例，根據以往的生態環境衛星拍攝的圖片，專業人員可以反演出該處是農作物種植地塊，卻無法辨別種植的是小麥還是水稻。但借助高光譜觀測衛星探測到的光譜信息，專業人員可以很快確定種植的農作物種類。

游代安告訴記者，生態環境衛星在軌運行會獲取海量的數據。這就需要技術人員首先對數據進行模型反演，通過反演算法進行計算分析后生產應用產品，得出結果，服務于各項工作生活。

“打個比方說，我們通過衛星遙感獲得的數據就像是食材，各用戶開發出的具體應用產品就像是菜肴。只有把‘菜’做好了，才能體現出這些‘食材’的價值。”游代安說。

不得不令人感慨，“一圖在手，要素全知”。千里之外的“凝視”，采集大量生態環境信息，覽盡祖國大好河山。

絢爛綻放

衛星是有壽命的，一般只有數年，在燃料耗盡后便會“壽終正寢”。

當前，在軌正常運行的生態環境衛星“兄弟姐妹”的壽命各不相同。環境二號A、B星采用了太陽同步回歸軌道，兩顆衛星技術狀態相同，設計壽命為5年。高光譜觀測衛星、大氣環境監測衛星、環境二號E星設計壽命為８年，屬于三顆“長壽衛星”。

生態環境衛星在軌道上繞著地球運行，每天都要經歷十余次高、低溫變化和空間輻照影響，這對衛星使用壽命是一個極大的考驗。

據悉，“長壽命”要求衛星在空間環境效應、活動部件的轉動圈數、消耗性原料等方面采用高可靠設計。為掌握高軌遙感衛星的“長壽基因”，研制人員潛心鉆研，全方位助推生態環境衛星兄弟“延年益壽”。

以高光譜觀測衛星為例，科研人員在繼承已有成熟設計方案的基礎上，針對各壽命薄弱環節開展了方案優化設計，采取改進措施，加嚴產品過程測試和控制，并開展了高溫加速壽命試驗等工作，在+55℃高溫條件下累計加電時間超過4000小時，其等效在軌壽命可以長達10年以上。

生態環境衛星在完成了工作任務、壽命到期后，它們都去了哪兒呢？游代安告訴記者，為了使寶貴的軌道資源以及對其他在軌正常工作和未來發射的航天器造成威脅，衛星壽命到期后，可進行退役處置或者離軌處理。

就離軌處理，游代安進一步解釋說：“生態環境衛星的壽命到了末期時，按照國際上的公約，就要降低軌道，隨著系統的老化，軌道越降越低，慢慢在某個時間將自行墜落。墜落時可能會進入大氣層焚燒殆盡。”

“高天浩宇牧星辰，分光辨物覽無痕。”生態環境衛星終其一生，為落實“精準治污、科學治污、依法治污”，支撐深入打好污染防治攻堅戰、實現減污降碳協同增效做出了重大貢獻。

標簽： 生態環境 大氣環境 遙感監測