程晓院长谈中国自主极地遥感小卫星发展历程

       9月12日11点26分，我国首颗专用于极地遥感观测的小卫星——冰路卫星（又名“京师一号”），从太原卫星发射中心成功升空入轨。

       我国是航天大国，却一直没有一颗专门用于地球两极观测的卫星。这颗有史以来的极地卫星，是我国航天技术走向发达和我国积极参与全球治理的必然。

       卫星在中秋的前一天发射，国内极地领域科学家们沉浸在一片喜悦和欢呼之中，然而，这一天却来之不易。

       2001年，虽已进入新世纪，彼时我国航天遥感技术还十分落后。一幅30米分辨率的美国陆地卫星影像在中国遥感卫星地面站定价4000元；5米分辨率的法国SPOT卫星影像要价3万元。

       其时，笔者从武汉大学考入中国科学院遥感应用研究所攻读博士学位。为了开展极地遥感研究，笔者写了几十页的报告跟欧洲空间局申请了4幅欧洲资源卫星ERS所拍摄的南极格罗夫山地区的雷达影像。同时求助郭华东院士，通过他作为日本JERS-1卫星科学顾问的数据配额，获得了JERS-1卫星拍摄的同一地区的雷达影像。

       利用这6幅来之不易的南极雷达影像，笔者完成了我国首篇极地雷达遥感博士论文，开创了双频干涉雷达方法，揭示了南极格罗夫山地区复杂的冰流场，研究工作得到了国际同行的高度认可。

       2008年，北京举办奥运会，美国宣布其陆地卫星系列数据完全免费，欧空局也紧随其后宣布其所有卫星数据免费，这是全球遥感界划时代的事件，遥感应用技术也因此得到了快速发展。

       近年来，随着航天技术的高速发展，我国卫星遥感技术也取得了长足进步，高分、资源等系列卫星基本实现了我国国土区域遥感数据的自给自足。然而，我国在全球遥感观测领域还存在明显不足，对于两极特殊区域的观测则尤其缺乏，几乎完全依赖欧美甚至日本的卫星，这与我国航天大国的地位极不相称。

       2013年底，我国极地破冰船“雪龙”号在南极冰海被困，我国各路遥感卫星都或多或少开展了针对性的侦察观测，然而在营救的最后窗口时间发挥关键作用的仍是国外免费开放的卫星数据。

       2014年底，习近平总书记指出“认识南极、保护南极、利用南极”。在这个指导思想的引领下，我们下决心发展我国自主的极地遥感卫星，首先提升认识南极的能力。我们团队认真研究国内外现有极地卫星的优缺点，提出了极地遥感卫星星座的设计方案，即采用数十颗低成本小卫星组成太空星座的“鸽群”模式，以实现对极地地区的高重访连续观测。同时还提出100米级分辨率大带宽轨道设计，目标是解决目前国际先进卫星尚无法探测到的一日内极地冰雪快速变化过程。

       有了这些设计，我们就开始四处游说，一方面找投资，一方面找卫星制造商。投资方面，我们先后得到了科技部社会发展科技司和北京师范大学的支持，得以启动5公斤级别微纳卫星平台的研制（研制代码：BNU-1），这让我们非常振奋。

       有了钱照说应该不愁了，可万万没想到更困难的是寻找合适的卫星制造商。国家级卫星研制单位对这种千万级的“小玩意”大多表示不感兴趣，因为利润太低，且他们认为没有显示度；而一般的卫星初创私人企业虽然非常积极，但他们的解决方案和技术成熟度难以达到我们的要求。山重水复疑无路，柳暗花明又一村，直到2017年底我们遇到中国长城工业总公司以及深圳东方红海特卫星有限公司。

       此时海特已经成功研制了“微景一号”小卫星平台，这是一款性能和稳定性都大大优于微纳立方卫星的15公斤左右的小卫星平台，当然其成本也远高于微纳卫星。虽然我们能付的钱仅有微景小卫星平台成本的1/3，长城和海特仍然决定接单支持，共同发展我国首颗极地遥感卫星。

       从零开始，没有可以借鉴的先例，卫星研制也一波三折。我们的设计对光学相机镜片的打磨提出了极高的要求。在验收实验时，我们发现大视场相机存在明显的光谱偏移和几何畸变。此时已是2018年末，非常接近发射时间窗口12月中旬。只能成功，不能失败，我们毅然决定重做。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所也因此提出了新的解决方案，新镜头产品在很大程度上解决了上述光谱和几何问题。

       然而，好事总是多磨，就在万事俱备、整装待发时，卫星发射时间却一再被迫推迟，一共推迟3次累计9个月。原因有主星载荷需重做、同款火箭发射失利等等。这期间我们的焦灼可想而知。国际同行也多次来信咨询卫星发射和投入使用时间，希望共享卫星观测数据。

       由于这是一颗极地科学驱动的遥感卫星，所以我们决定数据完全免费。但卫星数据得到更好应用的前提是数据能够及时下传、处理和分发，因此我们在卫星研制的同时还积极推动北极卫星地面站的建设，地面站建设也得到科技部和北师大的共同支持。

       同时，我们还与我国首家商业遥感卫星公司——长光卫星技术有限公司合作研制了卫星的地面处理系统，这是为了能够在卫星有限的寿命里更多更好地获取数据，更快更专业地向科学用户提供中国自主的极地遥感数据。

       卫星取什么名呢？我们面向社会开展了征名活动，最耳熟能详且暗含投资人名字的就是卫星的“乳名”——京师一号，而大名则最终确定为“冰路”卫星。“冰路”的英文为Ice Pathfinder，即“冰之探路者”，寓意为极地冰雪研究的探路者，或者“冰上丝绸之路”的探路先行者。

       中秋之际，“冰路”飞天，“善睐”人间，深情守望。

       十八年来，我国极地科学家从向国外购买极地遥感卫星数据到自主研制发射极地遥感卫星，这是我国航天遥感技术飞速发展的写照，也是我国走向世界、作为负责任大国参与极地和全球治理的必然。