▲高分五号卫星试验队合影

高分五号的研制历程是伴随着我国对于生态环境的顶层设计与谋划逐渐清晰起来的。高分五号卫星总指挥蒋光伟告诉记者：“用户对高分五号卫星的需求非常迫切，2012年12月31日，赶在当年的最后一天卫星获批立项。”那时，闭幕不久的党的十八大上首次提出了要建设美丽中国。在立项之初，研制团队对标国际同期在轨运行的大气高光谱探测仪器和规划中的新一代星载高光谱成像仪的技术指标，决定要搭载6台全新研制的有效载荷，包括2台先进的高光谱/多光谱陆地观测载荷和4台先进的大气类观测载荷，光谱分辨率国内最高。

“高分五号卫星其实是将大气和陆地观测两类卫星的功能集合在一颗星上。”高分五号卫星总设计师孙允珠说，“现在看来，卫星的论证和设计还是体现了超前的前瞻性和预见性，也正是这6台先进的有效载荷让高分五号卫星练就了环境监测和国土资源勘探的‘火眼金睛’。”就像歌里唱的，“借我借我一双慧眼吧，让我把这纷扰看得清清楚楚明明白白真真切切。”高分五号卫星也为建设美丽中国增添了一双“慧眼”。

光谱分辨率高：拍照即可识“身份”

地球上不同物质都有自己独特的光谱特征，光谱就像人的“指纹”，是用以识别和分析不同物体的一种重要的“身份证”。 如果说肉眼只能看到物质的形状、尺寸等信息，光谱探测则可以分析物质的具体成分。比如说通过高光谱遥感技术，不仅能探测一个地方有没有矿，还可以分析是何种矿。

据介绍，一般多光谱卫星有几个到几十个探测通道，高分五号卫星6台载荷不仅实现了从紫外至长波红外全谱段的高光谱观测，而且其中可见短波红外高光谱相机一个载荷就有330个探测通道，可以获取0.4～2.5微米谱段的图像和连续光谱信息,其强大探测能力自不待言。

可见短波红外高光谱相机可见光谱段光谱分辨率达到5纳米，不仅可以监测饮用水源地污染，通过高光谱成像精确地识别内陆水体绿藻、黄藻等藻类的生长变化情况，还能在高光谱矿物识别、矿产资源调查、地质环境调查与监测、农作物估产等方面发挥重要作用。

▲可见短波红外高光谱相机扫描示意动图

高分五号卫星搭载的大气主要温室气体监测仪是国际上首台采用空间外差干涉体制进行温室气体探测的有效载荷，监测仪可获取二氧化碳、甲烷等大气温室气体的高光谱数据，可用于对区域大气环境监测以及全球温室气体起源与经风向传播的“旅行图”进行分析等，为气候变化研究及环境外交提供基础数据。

探测手段多：全方位观测模式多

高分五号卫星就像是一个全能运动员，在国内首次运用高光谱/多光谱对地成像观测、天底观测、掩星观测、海洋耀斑观测、多角度观测、偏振观测等多种探测手段，是国内探测手段最多的光学遥感卫星，工作模式多达26种，几乎涵盖了目前光学遥感卫星所有的工作模式，可谓是十八般武艺样样精通。

其中,高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪，是我国第一台用于二氧化硫、二氧化氮、臭氧等全球污染气体探测的高光谱有效载荷，其天底观测角度达114度，就像是一个广角镜，在705公里高空，不但一天就可以覆盖全球，而且能实现定量监测大气中含量极少的二氧化硫等污染气体的分布、变化和输运过程。

▲大气痕量气体差分吸收光谱仪扫描示意动图

大气气溶胶多角度偏振探测仪可实现大视场（±50度）和多角度成像，不仅对地表任一目标均可实现9～11个角度的全方位观测，而且每个角度还可以实现3个谱段偏振观测图像，是目前国际上多光谱、多角度和偏振探测能力最强的星载大气气溶胶探测仪之一，将在雾霾、大气颗粒物等大气环境监测及气候变化方面发挥重要作用。

▲大气气溶胶探测仪扫描示意动图

定标精度高：探测信息准确不失真

高分五号卫星工程总师徐博明说：“我国高分专项卫星具有高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高定标精度等四高特点，我们的高分五号卫星除了具有高光谱的独特优势，在高定标精度方面的表现也极为出众。”

高精度的定标是高光谱卫星定量化应用的基础，就像一把尺子是否准确需要标校一样，尺子不准，做的再精致，测出的数据也是不准确的。而高分五号卫星上装载的太阳漫反射板、比辐射计、变温黑体、LED等7类星上定标器，就是用于星上载荷辐射和光谱定标，光谱定标精度最高可达0.008波数，是国内定标精度最高的卫星，足以保证卫星探测信息准确不失真。

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪，是我国第一台宽谱段星载超高光谱分辨率的大气掩星探测仪，也是我国光谱分辨率、光谱定标精度最高的星载探测仪。探测仪获取的干涉数据可用于分析温室气体、臭氧等痕量气体的垂直分布信息，就像为大气做切片，为气候变化研究和大气环境监测提供科学依据。

▲大气环境红外光线传播示意动图

高可靠长寿命：首颗卫星设计8年

都说颜值越高，责任越大。高分五号卫星强大的综合观测能力让用户对卫星的需求更为迫切。蒋光伟说：“2012年，卫星还没正式立项，上级就提出将卫星设计寿命从5年提高到8年。2014年，卫星刚刚研制不到两年，PM2.5等环境污染问题加剧，用户又提出希望卫星能提前发射。”而当时国内低轨遥感业务星设计寿命一般为3～5年，高分五号卫星作为首颗科学试验卫星，设计寿命就要求达到8年，还要提前发射，这使研制工作难度进一步加大。

高分五号卫星在705公里的太阳同步轨道，每天都要经历近15次高低温变化和空间辐照影响，这对卫星使用寿命是一个极大的考验。为此，研制团队整整花了一年时间重新论证并改进、优化原先的设计方案，从元器件和线缆，从电源到活动部件，从载荷到平台，一一进行梳理，哪怕是一个元器件都要寻根究底，保证“历史清白”，并针对探测器、制冷机、光学薄膜、活动部件等寿命薄弱环节开展了75项试验验证工作，突破多项关键技术。

▲高分五号卫星光照试验

为了验证数传分系统的核心单机固存的长寿命和高可靠性，团队做了8万次的读写试验，相当于在轨使用16年，结果发现一个坏区都没有。卫星天线在轨每天要进行大角度的摆动，是对使用寿命考验最大的部件之一。即使卫星实际在轨运行8年也只需6万多次摆动，但他们在地面做了8万次摆动验证试验，确保满足8年寿命要求。

“高天浩宇牧星辰，分光辨物览无痕。”高分五号卫星从立项研制到成功发射正好经历了十八大到十九大提出建设美丽中国战略的砥砺奋进的五年。同时，高分五号卫星在轨运行的前三年也将是我国进行环境治理攻坚战的三年。投入使用后，将在我国高光谱分辨率遥感卫星应用方面起到重要示范作用。更可喜的是，国家大力推进空间基础设施工程建设，八院大气环境监测星和高光谱观测星等两颗卫星也先后获得立项。对此，孙允珠说：“我国原来的高光谱卫星都是被动探测，今后我们将由靠阳光反射的被动探测向使用激光主动探测方向发展，由低轨向高轨发展，将在环境治理和国土资源勘测等方面发挥更加重要作用。”

（本文来源：上海航天）