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中国应用卫星和卫星应用的成就与展望
闵士权
(中国通信广播卫星公司)
1引言
中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后、国家财力相当有限的条件下发展起来的。中国航天事业自1956年创建以来，经过长期艰苦奋斗取得了一系列成就。在人造卫星方面，截至2000年底，中国共研制并发射了48颗不同类型的人造卫星。
1970年4月24日，第一颗人造卫星"东方红一号"发射成功，使中国成为世界上第五个独立研制和发射人造地球卫星的国家。
1975年11月26日，首次发射回收了返回式遥感卫星，使中国成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。
1984年4月8日发射成功第一颗"东方红二号"地球静止轨道通信卫星，4月16日定点于东经125°赤道上空，使中国成为世界上第五个独立研制和发射静止轨道卫星的国家。目前，中国已初步形成四个卫星系列：返回式遥感卫星系列；"东方红"通信广播卫星系列；"风云"气象卫星系列；"实践"科学探测与技术试验卫星系列。此外，"资源"地球资源卫星系列和"北斗"导航定位卫星系列也将形成。
我国研制和发射的卫星已广泛用于经济、科技、文化和国防建设各个领域，取得了显著的社会效益和经济效益。
本文阐述中国应用卫星和卫星应用的成就和展望。它包含当前应用较普遍并对国民经济发展影响较大的的遥感卫星、通信卫星和导航定位卫星三个卫星应用系列。其中遥感卫星应用系列包含返回式遥感卫星、气象卫星、地球资源卫星3种卫星及其应用。
2中国应用卫星主要成就
2．1返回式遥感卫星系列
返回式遥感卫星是近地轨道卫星。星上装有胶片型可见光遥感相机，利用它对地面目标进行遥感摄影，获取信息的胶片装于卫星返回舱内，在地面回收。，从1975年11月至2000年底共发射和回收了17颗卫星，分别在轨道上运行了3～15天。
此卫星系列包括三种类型的卫星。第一类卫星为第一代国土普查卫星(FSW-0)，星上装有一台棱镜扫描式全景相机。从1975年11月到1987年8月共发射了9颗卫星；第二类卫星为摄影测绘卫星(FSw-1)，星上装有一台画幅式相机。从1987年9月到1993年10月共发射了5颗卫星；第三类卫星为第二代国土普查卫星(FSW-2)，星上装有一台节点扫描式全景相机。从1992年8月到1996年10月共发射了3颗卫星。
上述国土普查卫星主要用于对目标特征进行考察，摄影测绘卫星主要用于对目标定位和地图测绘。
利用返回式卫星获得的大量有价值的卫星遥感资料，已应用于资源调查、地图测绘、地质调查、铁路选线、河流海岸监测和考古研究等方面，取得丰硕成果。从1987年8月的第9颗返回式卫星开始还进行了卫星搭载科学实验，已为国内外用户进行了在微重力和空间环境条件下100多项的材料、生命科学实验和农作物种子试验，均取得可喜的成果。
2．2"东方红"通信广播卫星系列
星上装有转发器，用以接收和转发地面站的通信或广播信号以实现卫星通信或卫星广播。
此卫星系列包括三种类型的静止轨道通信卫星，即"东方红二号"通信卫星、"东方红二号甲"通信卫星和"东方红三号"通信卫星。从1984年4月至2000年底共发射成功提供使用了6颗通信卫星。
1984年4月和1986年2月，先后成功地发射了两颗"东方红二号"地球静乒轨道自旋稳定通信卫星，每皇设2个C频段转发器，卫星设计寿命为3年。其中第一颗为全球波束天线，第二颗为国内波束天线。圆满完成了卫星通信各种试验和试用任务。
在"东方红二号"基础上经过改进和扩容，研制发射了"东方红二号甲"通信卫星。每星设4个C频段转发器，卫星设计寿命为4年。1988年3月、1988年12月和1990年2月先后成功地发射了三颗卫星。以上三星的实际工作寿命均超过5年，为我国通信、广播、水利、交通、教育等部门提供了各种服务。
为了满足使用要求，又研制了较大容量的"东方红三号"通信卫星。该星于1997年5月发射成功提供使用。此星比"东方红二号甲"卫星有了很大改进。卫星采用三轴稳定姿控方式，装有24个C频段转发器，卫星设计寿命为8年，至今已正常工作4年多。该星各转发器在我国公众通信网和专用通信网的各种业务中使用良好。
2．3"风云"气象卫星系列
气象卫星是利用星上探测仪器来观测气象，并将观测结果传送给地面以获取观测范围内气象状况的卫星。此卫星系列包括两类气象卫星，即"风云一号"太阳同步轨道气象卫星(又称极轨气象卫星)和"风云二号''地球静止轨道气象卫星。从1988年9月至2000年底"风云一号"卫星共发射了三颗，"风云二号"卫星共发射了两颗。
极轨气象卫星主要用于中期数值天气预报、气候演变预测和全球生态环境变化观测。静止气象卫星主要用于对特定地区实时连续观测，如对灾害性天气系统，包括台风、暴雨和植被生态动态突变的实时连续观测。
1988年9月和1990年9月先后发射的前两颗"风云一号"卫星装有5通道的可见光和红外扫描辐射计，主要获取地面和大气层可见光和红外辐射资料。1999年5月发射的第三颗"风云一号"卫星探测通道数增加到10个，增加了对云层、陆地和海洋的多光谱探测能力。
1997年6月和2000年6月先后发射的两颗"风云二号"卫星装有3通道的可见光、红外和水汽扫描辐射计，拍摄的云图资料填补了我国西部、西亚和印度洋地区的地面和天空大范围观测空白。卫星还具有很强的数据收集和转发功能。
2．4"资源"地球资源卫星
"资源''地球资源卫星是传输型遥感卫星。它利用所载多光谱遥感设备获取地物目标辐射和反射的多种波段的电磁波信息，将这些信息通过无线电传输方法发送给地面接收站供应用。从1999年10月至2000年底已发射了两颗地球资源卫星。
1999年10月中国－巴西联合研制的"资源一号"卫星发射成功，星上装有5诺段CCD相机、4谱段红外多光谱扫描仪和2谱段宽视场成像仪等，一年多来卫星运行正常，接收到近9万多景卫星图像资料，广泛应用于农业、林业、水利、矿产、能源、测绘、环保等部门。2000年9月中国自行研制的"资源二号''卫星发射成功，其分辨率比"资源一号"卫星更高，它将更好地实现对地球自然资源的勘察作用。
2．5"北斗"导航定位卫星
导航定位卫星是给移动目标提供准确的导航和定位信息的卫星。2000年10月和12月，我国先后成功发射了两颗静止轨道的"北斗"导航试验卫星。星上装有导航转发器。两星一起，为我国"北斗"双星定位导航系统建设奠定了基础。"北斗"导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航定位服务。
3中国卫星应用主要成就
3．1卫星遥感
3．1．1返回式卫星应用
我国自20世纪70年代起利用自己发射的返回式遥感卫星进行了国土资源普查、大地测量以及河流海岸监测等方面的工作，获得了大批有价值的遥感资料。这些资料对我国城乡规划、地质地震调查、石油开采、水利建设、港口建设、海岸测量、河流污染检测、森林资源调查、考古、以及绘制准确的地形图等，都发挥了重大的作用，获得了明显的经济效益和社会效益。
现以1978年1月发射的FSW-0返回遥感卫星为例，说明遥感照片在各个领域的应用。此星胶片回收后，通过对某些地区照片进行判读和处理，航天遥感专家可发现一般房屋、圆形建筑、桥梁、机场上停放的飞机等目标；地质部门专家以比地面人工测绘速度要快得多地绘制出了不低于地面实测精度地质图；石油勘探专家指出，用卫星照片进行石油勘探大有可为；水利专家认为，利用卫星照片可队快速准确地确定地下水资源地段；海洋专家指出通过照片可以看出泥沙流的流向和相互作用情况，可以发现海水的污染范围，可分析海冰的类型及分布范围，可以看出水下地形的起伏情况；地震专家用卫星照片绘制了某地区主要断裂构造图，根据构造图能判断出该地区的地质断裂带，较快地提出该地区中长期的地震预报初步意见；测绘专家认为在此卫星进行摄影定位的基础上，以后发射专用的摄影定位卫星就可解决我国对国土目标的摄影定位问题了；考古专家用遥感照片进行考古研究，对某些地区有了新的发现，对已有材料进行了补充和纠正。由此可见，返回式遥感卫星的重要作用。
中国返回式卫星在完成对地遥感观测主任务的同时，还以搭载的方式进行了一系列科学试验，其中包括中国科学院的砷化嫁、法国的海藻生长和德国的蛋白质微重力实验，以及农作物种子等试验，均取得可喜的成果。现介绍其中农作物种子和微生物空间试验。农作物种子空间育种就是从经过空间飞行产生变异的种子中，选其优良，去其劣质，选育出优良品种来。例如搭载青椒种子，返回地面后经过多年的选种、培育，获得了丰产、优质、抗病力强的优良品种。除种子外，还有多种微生物菌种试验。试验说明，有些菌种在轨道飞行时生长比地面快。样品返回后用于生产抗菌素、生物酶等医药产品，产生了明显的经济效益。
3．1．2气象卫星应用
我国早在1971年成立了国家卫星气象中心，从上世纪70年代开始接收美国"诺阿"(NOAA)极轨气象卫星和日本GMS静止轨道气象卫星云图等遥感信息，作为我国气象预报的主要依据。我国现有的气象卫星资料地面接收处理系统主要由一个设在国家卫星气象中心的资料处理中心和三个分别设在北京、广州、乌鲁木齐的大型地面站组成。它可接收国内外的极轨气象卫星和静止气象卫星的数据。该地面系统已实现了业务化运行，获得的国内外气象卫星数据已在气象研究、天气形势分析和天气预报中广为使用。它在彩色电视云图天气预报、森林火灾监测、暴雨洪涝灾害监测、热带风暴监视、指导农牧业生产、指导海洋捕鱼和航空航海气象保障等方面发挥着重要的作用，取得了巨大的社会效益与经济效益。
3．1．3资源卫星应用
我国自上世纪70年代就开始对美国早期的"陆地卫星"(16ndmt)资料处理技术进行了研究。1986年我国建成中国遥感卫星地面接收站，它主要包括地面接收系统、数据处理系统和光学处理系统等几大部分。自建成运行以来，接收美国"陆地卫星"(Lmdsat)和法国"斯波特"(题)C)T)卫星(此二种卫星均为地球资源卫星)的遥感信息，处理出的大量图片、磁带、胶片，在全国数百个部门的科学研究、经济建设等方面得到广泛应用。如今，我国已初步建成了覆盖全国的遥感卫星地面接收站网，它可接收和处理包括光学和雷达遥感数据在内的多种遥感卫星信号，并向国内外用户提供信息服务。目前，包括遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)的3S技术已走向集成化和实用化，我国已初步建立了以3S技术集成为核心的国家对地观测体系。它主要包括国家级资源与环境遥感动态信息服务系统、重大自然灾害监测与评估系统、国民经济辅助决策信息服务系统、海洋环境立体监测系统等。它将愈来愈广泛地应用于我国国民经济建设各部门。
为了承担中国资源卫星发射后的数据处理和应用等任务，1991年我国成立了中国资源卫星应用中心。以后又建立了资源卫星地面应用系统，它包括中国资源卫星应用中心和北京、广州、乌鲁木齐三个地面接收站。我国两颗以陆地资源和环境为主要观测目标的地球资源卫星发射成功后，已在我国资源调查和环境监测方面得到应用，逐步发挥效益。例如，在黄河三角洲可持续发展中的应用研究，辽东区域环境监测中的应用研究，湖南省长、株、潭城市群规划开发中的应用研究，济南地区地表水资源调查和农业需水量估算，以及2000年4月我国西藏自治区波密县易贡地区发生的罕见的大滑坡灾害监测评估等方面，都发挥了重要的作用。
3．2卫星通信
1972年2月美国总统尼克松和1972年9月日本首相田中角荣先后访华。在此期间，我国首次利用通信卫星(国际通信卫星一IV)和租用的通信地球站，开通了我国与美国和我国与日本的国际通信线路。自此以后至2000年底，我国的卫星通信发展较快，已进行商业化运营。
3．2．1卫星固定通信
(1)通信卫星：中国独资或中外合资经营卫星的公司有五家：中国通信广播卫星公司、亚洲通信卫星有限公司、亚太通信卫星有限公司、鑫诺卫星通信有限公司和中国东方通信卫星有限责任公司。五朗司现有9颗通信卫星在轨运行提供业务，这些卫星是中星-6(东方红三号)、亚洲-l、亚洲-2、亚洲-3S、亚太-1、亚太-1A、亚太-2R、中卫-l和鑫诺-l。以上卫星共有346个转发器单元，其中C频段213个，Ku频段133个。它们共覆盖了中国本土及其周边国家以及亚、太、非等部份地区。此外还有待发射的中星-8卫星，其转发器单元C频段38个，Ku频段22个。以上卫星主要为中国国内用户服务，也为覆盖区内其它国家和地区的用户服务。
为了开展国际业务需要，我国还租用了国外多颗通信卫星的转发器。这些卫星有国际通信卫星和泛美通信卫星，还有银河-3R和热鸟-3通信卫星。
(2)公用通信国内业务：主要由中国电信经营管理，共用中星-6和中卫-l卫星约44个C频段转发器于全国干线通信和部份省内通信，另用2个Ku频段转发器于电信试验和应急通信。现有C频段大中型地球站37个，Ku频段试验地球站4个，车载移动地球站30个，分布全国边远地区的VSAT(甚小口径终端)站数百个。整个通信线路已全部实现数字化，共开通约3万多条双向电路。此外，中国联通、中国网通和吉通诸公司也有卫星通信线路。
(3)公用通信国际业务：主要由中国电信经营管理，现有通信地球站15个。这些地球站通过北京、上海和广州三个出口局利用太平洋和印度洋上空的国际通信卫星与国外180多个国家和地区的地球站进行通信联系，共开通约l万多条双向电路。
(4)专用通信国内业务：此通信网是公用通信网的补充。至2000年底，专用通信网中获准经营国内VSAT通信业务的单位有34家。拥有用户站约24300个，其中话音小站约360个，双向数据小站约7060个，单向数据小站约16880个。以上各专网根据设备和用途不同可传输话音、数据和图象等单一或综合信息。可开展电话、数据广播、互联网接人、数据下载、远程医疗、远程教学、视频会议等单一或综合业务。
(5)专用通信国际业务：为了满足一些跨国用户的通信需求，还建有VSAT国际专线业务。广州南方卫星通信公司和中国通信广播卫星公司都可为跨国用户提供国际专线业务服务。共开通了约150条专线。
(6)广播电视传输国内业务：主要利用亚太-lA、亚太-2R、亚洲-2、亚洲-3S、鑫诺-l卫星传送中央台、地方台的电视节目和教育台电视节目，并传送声音广播节目。此外，还辅以传送数据信息。现共传输了47套电视节目，计有中央台9套，地方台35套，教育台3套。并传输中央声音广播节目32套和地方声音广播节目40多套。
(7)广播电视传输国际业务：主要通过租用分布全球的国外通信卫星泛美-2、泛美-3、泛美-4、泛美-5、银河-3R和热鸟-3向世界各地传送中国电视台的9套电视节目和国际广播台的32套声音广播节目。
以上国内外广播电视传输业务共用了国内外11颗卫星的34个转发器。大部分电视节目传送采用了数字频带压缩技术，节省了转发器带宽，使一个转发器可同时传送多套电视节目。整个广播电视传输系统现有广播电视地球上行站31个，全国卫星接收站约有20万个。1999年底全国广播电视覆盖率已达90％以上。
3．2．2卫星移动通信
中国尚无自建的国内商用卫星移动通信系统，现使用的都是外商建设的全球覆盖的卫星移动通信系统，计有海事卫星(1M1arsat)系统、铱(Iridium)星系统和全球星(Globalstar)系统等。
以上各卫星移动通信系统应用情况如下：以静止轨道的便携式用户终端的海事卫星全球卫星移动通信系统自20世纪80年代开始提供业务以来，在国内外运营良好。以中低轨道的手持式用户终端的全球卫星移动通信系统(铱星系统、全球星系统)在国内外运营不佳。其中铱星系统于1998年11月开始商业运营，1999年5月中国正式开通铱星业务。2000年3月铱公司宣布破产，停止提供铱星服务。受此影响，中国地区业务被迫终止。不过该系统于2001年3月又起死回生。成立了新公司，主要为美国国防部提供电话通信业务，并增加了数据业务。全球星系统于2000年5月在国内正式提供业务。该系统在中国地区第一个关口站建在北京，另有兰州关口站、广州关口站正在安排建设中。
3．2．3卫星直接广播
(1)DTH(DirectToHome)业务：DTH业务即直接到家业务，我国已应用于面向农村的"村村通"卫星电视直播业务中。该业务于1999年初开始了试验广播。现用鑫诺通信卫星三个Ku频段转发器播送40多套中央和各省的电视节目。试验用户超过10000户。
(2)DBS(DirectBroadcastSatellite)业务：DBS业务即直接广播卫星业务。此项目立项前期工作正在进行。该项目计划于2005年前适时地发射两颗(每颗有8个Ku频段转发器)同一轨道位置的国产直播卫星，建立一个初步满足各种业务需求的中国广播电视卫星直播系统。
(3)数字音频和多媒体广播业务：该业务使用世广国际有限公司已发射的"亚洲之星"卫星。地面可用L频段便携式接收机进行个体接收。该星中国地区的业务上行站等设施建在中国通信广播卫星公司的北京地面站。该站已完成中央人民广播电台的有关广播试验，目前正在做业务开通前的准备工作。
3．3卫星导航定位
我国从七十年代中期开始使用美国早期的子午仪卫星导航定位系统，现主要使用的是美国的GPS卫星导航定位系统。GPS共有24颗轨道高度约20000公里的卫星组成。24颗卫星的轨道布置可保证地球表面任一点任一时刻可同时收到4颗卫星的信号，实现瞬时定位。GPS定位技术可分静态定位技术和动态定位技术两种。这两种技术我国都有应用。
GPS静态定位技术我国首先在测绘部门得到了较广泛的应用，已建有GPS基准控制网，与甚长基线干涉(VLBI)站和卫星激光测距(SLR)站一起组成国家空间大地网以改进和完善原有大地网测量性能。并建有GPS轨道跟踪网，通过实时监测，求定高精度卫星星历，向各种用户提供GPS卫星星历服务。还建有GPS地壳运动监测网，通过监测地壳变形进行地震等自然灾害预报和地球动力学研究。还利用GPS技术建立和改造城市控制网和工程控制网等。其次，GPS在土建工程、地质勘探、资源调查、地理信息和石油作业等各行业得到了不同应用。此外，GPS作为时间基准源，还用于电力和通信等系统。
GPS动态定位技术在我国主要用于车辆、船舶和飞机的定位和导航。另外，在航空遥感像片定位中，还用GPS在飞机上定位方法代替地面常规大地测量定位方法，以提高工作效率和定位精度。此外，我国还在1996年10月发射的的返回式卫星上搭载了高动态GPS接收机用于测量卫星轨道获得成功，为GPS技术应用于空间飞行器测控作了有益的尝试。
还须指出，由GPS与GIS(地理信息系统)和现代通信技术结合组成的车辆监控系统应用在我国发展较快。车辆监控系统通过无线数据传输，可以将移动车辆的定位信息和状态信息实时地传送到监测中心，从而实现监测中心对车辆的行驶管理和安全监控。1996-1997年期间，我国有三、四十个城市建成了金融车辆和公安车辆监控系统，装车总量约为三千辆。至2000年底估计全国累计有300个左右车辆跟踪网络，入网车辆为5-6万辆。此外，为满足新的要求，车辆监控系统正在往智能化交通管理系统方向发展。
4.21世纪初中国应用卫星和卫星应用展望
我国的应用卫星和卫星应用技术虽然取得了很大成就，但与世界先进水平相比还有较大差距，也不适应国家现代化建设的需要。根据国家现代化建设的发展需求和长远目标，国家有关部门正在制定2l世纪初中国应用卫星和卫星应用发展战略和规划。我国将加快发展中国应用卫星和卫星应用事业发展，以满足国民经济、国防建设、科技发展和社会进步等各方面需要。
2000年11月22日国务院新闻办公室发表了《中国的航天》白皮书，向国内外公开介绍了中国航天事业近期和远期的发展目标，其中有关应用卫星与卫星应用方面的发展目标如下。
4．1近期(今后十年或稍后的一个时期)发展目标
--建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国及周边地区甚至全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。
--建立自主经营的卫星广播通信系统。积极支持商用广播通信卫星的发展，开发长寿命，高可靠的大容量地球静止轨道通信卫星和电视直播卫星，初步建成中国卫星通信产业。
--建立自主的卫星导航定位系统。分步建立导航定位卫星系列，开发卫星导航定位应用系统，初步建立中国的卫星导航定位应用产业。
--建立协调配套的全国卫星遥感应用体系。统一规划和建设各种卫星遥感地面应用系统，建立覆盖全国的地面卫星遥感数据接收、处理和分发系统，实现资源共享；在对地卫星遥感主要应用领域，形成较完整的业务化应用体系。
4．2远期(今后20年或稍后的一个时期)发展目标
--空间技术和空间应用实现产业化和市场化，空间资源的开发利用满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步的广泛需求，进一步增强综合国力。
--按照国家整体规划，建立多种功能和各种轨道的，由多种卫星系统组成的空间基础设施；建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。
以上是进入21世纪后，我国关于应用卫星和卫星应用的发展要求。它是我们的奋斗目标，也是我们对应用卫星和卫星应用美好前景的展望。