高分衛星のための猛勉強はやめてください!記事をクリックすると、高解像度の「目」である高分衛星が何を「見る」ことができるかがわかります。

地球に対する理解と研究が深まるにつれ、人類の視野は地上や低高度から宇宙へと徐々に広がり、地球観測には継続性、スピード、正確さに対する要求がますます高まってきました。高解像度の地球観測衛星は、地球とその周囲の環境について、より包括的で明確かつ深い理解を提供することができ、人類が宇宙に設置する効率的な「監視の目」となります。

高分7号衛星から撮影した大興空港のカラー合成画像

近年、高解像度の地球観測衛星の打ち上げ数は、リモートセンシング衛星の打ち上げ数全体の約41％を占めており、その実効シェアは増加傾向にあります。この時点から、人類による地球観測は高解像度衛星の時代に入ったのです。

我が国は2013年に初の高解像度地球観測衛星「高分1号」を打ち上げました。2020年12月6日には、長征3号Bロケットを使用して「高分14号」衛星が所定の軌道に正常に打ち上げられました。 GF特別プロジェクトの発展に伴い、GFデータはさまざまな業界や地域で広く使用され、国家統治システムと統治能力の近代化、地域経済発展などに強力な空間情報サポートを提供しています。

高分シリーズ：リモートセンシング衛星の「鋭い目と金色の瞳」

Gaofenシリーズの衛星はすべてリモートセンシング衛星です。リモートセンシングは、写真や写真以外の手段によって検出された対象の画像やデータを取得する技術です。リモートセンシング技術は、対象物から遠く離れた場所から、非直接的な接触を通じて対象の特性を判定、測定、分析します。幅広い用途があり、大きな注目を集め、急速な発展を遂げています。

ライト兄弟が飛行機で最初の航空写真を撮影して以来、航空リモートセンシングの時代が到来し、最初に軍事分野で応用されました。それ以来、航空リモートセンシングは、地質学、土木建設、地図作成、農地調査などで広く使用されてきました。第二次世界大戦中、迷彩技術が進歩し続けるにつれて、軍事リモートセンシングでは、カラー、赤外線、スペクトルバンド写真などの技術が開発されました。 1960 年代には、マルチスペクトル写真技術が開発され、マルチスペクトルの特徴を使用して地形や物体を識別できるようになり、徐々に航空リモートセンシングの重要な方向になりました。

衛星が宇宙に進出した後、リモートセンシング技術がすぐに衛星に応用されました。最初の地球資源衛星は1972年に宇宙に打ち上げられました。それ以来、米国、フランス、ロシア、ESA、日本、インド、中国などの国々が次々と多数の地球観測衛星を打ち上げてきました。衛星データは科学実験、土地・資源調査、農作物収穫量推定、災害予防・軽減などの分野で広く利用されており、国の社会経済発展に重要な役割を果たしている。

1975年、中国は初の回収可能なリモートセンシング衛星を打ち上げた。その後、中国は風雲気象衛星、環境衛星、資源衛星、海洋衛星、実用科学探査衛星、リモートセンシング衛星を打ち上げ、気象観測、環境災害監視、国土資源調査、地質災害緊急監視、海洋観測科学実験、地表被覆および自然現象観測などを実施し、気象、海洋、資源、環境、防災の4大民生シリーズの宇宙地球観測システムを初歩的に形成し、現代農業、防災・減災、資源調査、環境保護、国家安全保障などの主要な戦略的ニーズを確保した。

今日、衛星リモートセンシングは人類を多層、三次元、多角度、全周、全天候の地球観測の新時代へと導きました。地球観測システムは、高・中・低軌道の各種軌道の組み合わせ、大型・中型・小型衛星の連携、高解像度・中・低解像度の補完から構成されており、さまざまな空間解像度、時間解像度、スペクトル解像度の地球観測データを正確、効果的、迅速かつタイムリーに提供できます。

高分シリーズの衛星の軌道上サービスにより、我が国が独自に高解像度の観測データを取得する能力が全面的に強化されました。国土資源部は、「高分」衛星による年間観測範囲を約1.9×107平方キロメートルとしている。これまでは、ほぼ全面的に外国の衛星データに依存していましたが、その入手は困難でコストもかかりました。高解像度の衛星が宇宙に打ち上げられ続けるにつれ、「高解像度データ」は徐々に同じ解像度を持つ外国の衛星データの約80％に取って代わり、国家の経済建設、社会発展、国家安全保障に強力なサポートを提供してきました。

それぞれに長所を持つ高得点兄弟

我が国は高解像度の地球観測衛星の開発では遅れをとりましたが、リモートセンシング技術の高い出発点により、技術的に主導権を握ることができました。現在、高芬兄弟はそれぞれが並外れた技能を持ち、それぞれが独自の強みを持っています。

そのうち、高解像度・広帯域の「高分1号」は、中解像度と広帯域を組み合わせた観測能力を実現した。サブメートルのパンクロマティック衛星「高分2号」は、我が国の民間リモートセンシング衛星が正式にサブメートル解像度の時代に入ったことを示しています。 「高分3号」は我が国初の1メートル解像度Cバンド多偏波合成開口レーダー画像衛星です。 「高分4号」は世界初の静止軌道高解像度画像リモートセンシング衛星である。 「高分5号」は高スペクトル分解能の地球観測能力を達成した。 「高分6号」は「高分1号」と同じ系列の衛星であり、我が国初の赤色エッジスペクトルを有するマルチスペクトルリモートセンシング衛星でもある。

高解像度地球観測システムの最初の衛星である高分1号は、高い空間解像度、マルチスペクトルと広いカバレッジを組み合わせた光学リモートセンシングなどの主要技術で画期的な進歩を遂げました。解像度は2メートル、一目で800キロメートルをカバーし、4日間で地球全体を見ることができます。解像度と広さの総合指標は世界トップレベルに達しています。

高分1号は打ち上げ以来、すべてのスペクトル帯域で鮮明な画像とリアルで豊かな色彩を誇り、安定して稼働しています。国土資源システム、地質産業、科学研究機関など100以上の部門や機関に大量のリモートセンシング画像データを提供してきました。さまざまなユーザーやリモートセンシング分野で最も広く利用されている衛星の一つとなり、「広く見える、早く見える、正確に見える、はっきりと見える、緊急対応効果が高い」衛星として高く評価されています。

2014年8月、高分2号は軌道への打ち上げに成功しました。 「高分2号」は我が国の民間リモートセンシング衛星であり、現在最高の空間解像度を誇り、空間解像度は1メートル以上、観測幅は45キロメートル以上である。 「GF-2」は3年以上安定的に運用されており、取得した画像データは18の国家省庁や委員会、28の省・市の地方産業、防衛、軍事、商業市場に広く提供されている。毎月1億1千万平方キロメートル以上をカバーする20万枚以上の画像を配信しており、データ市場シェアは80％に達し、1メートル未満の高解像度画像の主なデータソースとなっています。これにより、我が国の高解像度地球観測データが主に輸入に依存していた状況が一変し、経済的、軍事的、社会的に大きな利益が生み出されました。

高分2号衛星が撮影した火岩山

2016年8月、高分3号が宇宙に打ち上げられた。 「高分3号」は中国初の1メートル解像度のCバンド合成開口レーダー画像衛星です。その解像度は1メートルに達し、我が国の民間宇宙ベースの高解像度合成開口レーダー画像がすべて輸入されている現状を打破します。 「GF-3」は多偏波設計を採用し、12の動作モードを持ち、アクティブ検出ペイロードを搭載しています。マイクロ波信号を発信し、地面から反射したエコー信号を受信することで検知するため、光、雲、天候などによる制限や影響を受けません。それが提供する信頼性が高く安定した高解像度のマイクロ波画像データは、海洋、防災、水利、気象学など、わが国の多くの産業やビジネス部門で広く使用されています。

高分1号衛星と高分2号衛星は低軌道で運用され、高い空間分解能を備えていますが、一定の地域を再訪するのに必要な期間が長く、時間分解能は低いです。高軌道リモートセンシング衛星は低軌道リモートセンシング衛星の欠点を補うことができ、両者を組み合わせて使用​​することでより大きな利益をもたらすことができます。この需要に応えて、2015年12月に高分4号が宇宙に打ち上げられ、静止軌道上で運用され、地球を観測する最高の「宇宙の目」となった。

GF-4 の可視スペクトルの解像度は 50 メートル、中波赤外線スペクトルの解像度は 400 メートルです。これは、我が国の防災、林業、地震、気象などの用途に高速で信頼性が高く安定した光学リモートセンシングデータを提供するとともに、災害リスクの警告と予測、森林火災災害の監視、地震地殻情報抽出、気象気象監視などのサービスに新たな技術的手段を追加し、我が国の静止軌道における高解像度の地球観測の新しい分野を開拓します。

2018年には高分5号と高分6号が相次いで宇宙に打ち上げられた。 「高分5号」は、大気と陸地の総合的な観測を実現できる世界初のフルスペクトルハイパースペクトル衛星です。紫外線から長波赤外線までのハイパースペクトル観測が可能です。豊富な検出方法と最大 26 の動作モードを備えています。較正精度も国産衛星の中で最高水準を誇ります。

高分5号衛星は、国内の衛星が地域の大気汚染物質を効果的に検出できないというギャップを埋めるものである。大気汚染物質、温室効果ガス、エアロゾルなどの物理的要素を監視することで、自国の大気汚染状況を動的に反映します。同時に、GF-5衛星は内陸水域、地表生態環境、変質鉱物、岩石鉱物の分類も検出でき、我が国の環境監視、資源探査、防災・減災などの産業に高品質で信頼性の高いハイパースペクトルデータを提供します。

高分衛星応用地図

高分6号衛星はまさに中国初の農業衛星です。その画像データは、環境保護、国家安全保障、住宅建設などの応用ニーズを考慮し、主に農業、林業、防災などのビジネス分野で使用されています。画像データは、国家のマクロ意思決定の強力な基盤となり、基本的かつ戦略的なリソースとなります。

2019年に打ち上げに成功した高分7号衛星は、光学立体測量衛星である。高解像度ステレオマッピング画像データ取得、高解像度ステレオマッピング、都市・農村建設向け高精度衛星リモートセンシング、リモートセンシング統計調査の分野で画期的な進歩を遂げます。

高分8号から14号までの衛星は、高解像度地球観測システムの国家重点研究開発計画に基づいて配置された光学リモートセンシング衛星です。これらは主に土地調査、都市計画、土地権利確認、道路網設計、農作物収穫量推定、災害予防・軽減などに活用され、「一帯一路」構想の建設に情報支援を提供することができます。

「高分ファミリー」の衛星は我が国の他のリモートセンシング衛星と密接に統合されており、基本的に高低軌道を合わせ、光学とSARを組み合わせ、詳細調査と全体調査を並行して行うという「スカイネット」のレイアウトを実現しています。彼らは当初、高い空間解像度、高い時間解像度、高いスペクトル解像度を備えた自律制御可能な地球観測「Sky Eye」プロジェクトを構築しました。

ダイヤモンドを手に、磁器細工に挑戦する

高分シリーズの衛星は、中国の研究者によって設計・開発された強力なペイロードのおかげで、高度な機能を備えています。

高分1号は、フルカラーマルチスペクトル高解像度カメラ2台、中解像度広幅カメラ4台、およびそれに合わせた高速データ伝送システムを搭載しており、単一の衛星で高解像度と広幅の組み合わせを実現できます。 2メートル高解像度の撮影幅は60キロメートル以上、16メートル解像度の撮影幅は800キロメートル以上です。複数の空間解像度、複数のスペクトル解像度、およびマルチソースのリモートセンシング データの包括的なニーズに適応し、さまざまなアプリケーション要件を満たすことができます。 「Gaofen-1」は、リアルタイム画像伝送モード、画像記録モード、記録および再生モード、いつでも再生モード、および任意のカメラの組み合わせによる画像撮影機能など、柔軟なマルチタスク作業モードを備えています。

高分1号衛星が撮影したアルシャン

高分2号衛星には、1メートルパンクロマティック/4メートルマルチスペクトルの組み合わせの同じ解像度を持つ2台のカメラが搭載されています。長い焦点距離、大きなF値、軽量・小型化された光学系設計を採用しています。焦点距離は7.8メートル、F値は15で、いずれも我が国の軌道上リモートセンシング衛星の中で最大です。パンクロマティックとマルチスペクトルの 5 つのスペクトルを組み合わせた TDICCD デバイスを使用して、プッシュスキャン方式で地上シーンの画像化を実現します。 「GF-2」は、サブメートルレベルの高解像度と広帯域の撮影、長焦点距離、大きなF値、軽量コンパクトなカメラ設計、高安定性、迅速な姿勢横スイング操作、高精度の画像位置決め、低軌道リモートセンシング衛星の長寿命と高信頼性の設計などの重要な技術で画期的な進歩を遂げ、我が国のリモートセンシング衛星の観測効率を大幅に向上させました。

「高分3号」は現在、高分ファミリーの中で唯一の民間マイクロ波リモートセンシング画像衛星です。これは我が国初の解像度1メートルのCバンド多偏波高解像度SAR衛星でもあります。 「GF-3」は、ビームフォーミング、方位マルチビーム、ストリップ、スキャン、4偏波、ウェーブを含む12の動作モードを備えて設計されています。解像度1～500メートル、観測幅10～650キロメートルのCバンド多偏波SAR画像を取得でき、衛星の観測・応用能力を大幅に拡大します。 「GAOF-3」は、あらゆる気象条件で24時間体制で世界の海洋と陸上の資源を監視することができ、左右の操縦により地球観測範囲を拡大し、迅速な対応能力を高めることができます。

GF-4 の撮像ペイロードは、静止軌道上で世界最大の統合可視・赤外線光学レンズを搭載した観測カメラです。マルチスペクトルおよび赤外線イメージング機能を備えています。可視近赤外線チャネルには 5 つのスペクトル バンドが含まれており、衛星サブ ポイントで 50 メートルを超える地上ピクセル解像度の画像を取得できます。赤外線チャンネルは中波赤外線画像であり、地上ピクセル解像度 400 メートル以上の画像を取得できます。

「GAOF-4」のカメラ設計は、高軌道の厳しい宇宙環境にうまく適応し、画像品質を確保するために、数十億画素の可視光デバイスと数百万画素の中波赤外線デバイスの初使用、大規模アレイの凝視画像システムの初使用、中波赤外線と可視光の共通開口部を備えた光学設計の初使用など、多くの「初」を生み出しました。

高分5号衛星には、大気環境赤外線超高スペクトル分解能検出器、大気微量ガス差分吸収分光計、全スペクトルスペクトルイメージング装置、大気主要温室効果ガスモニター、大気エアロゾル多角度偏光検出器、可視短波赤外線ハイパースペクトルカメラなど、6つの先進的なペイロードが搭載されています。観測スペクトルは紫外線から長波赤外線までをカバーします。これら 6 つの主要なペイロード「アーティファクト」により、高分 5 号衛星は「鷲の目と金色の瞳」を備えることになります。

たとえば、大気微量ガス差分吸収分光計は、最大 0.5 ナノメートルのスペクトル分解能で、紫外線から可視帯域までのハイパースペクトル データを取得する機能を備えています。 6 種類以上の大気微量ガス成分の分布と変化を定量的に反転するために使用でき、大気質の変化の監視と、さまざまな排出プロセスが大気の組成と地球規模の気候変動に与える影響の分析をサポートします。可視短波赤外線ハイパースペクトルカメラとフルスペクトルスペクトルイメージャーは、水と陸の生態環境要素の高精度かつ定量的なモニタリングを実現します。

「GF-5」は中国で最も多くの探知方法を備えた光学リモートセンシング衛星でもある。マルチスペクトル、ハイパースペクトル、偏光、マルチアングル、掩蔽、フレアなど複数の観測方法を備え、最大26の動作モードを備え、複数の観測データの融合アプリケーションを実現できます。

「高分6号」は「高分1号」の優れた特性を継承しており、我が国初のレッドエッジスペクトルバンドを備えたマルチスペクトルリモートセンシング衛星でもあります。 「高分6号」のワイドフォーマットカメラ設計は、単一投影中心の超広視野角撮像技術において画期的な進歩を遂げました。豊富な撮像スペクトルと国際的にトップクラスの撮像幅を誇ります。画像ジオメトリと放射線精度をさらに向上し、定量的なアプリケーション機能の向上をサポートします。この衛星は星座設計を採用し、画像保存容量、画像「記録再生比」、撮影ミッション時間、姿勢操縦性などを向上させ、長時間撮影、海外撮影、マルチターゲット撮影能力の弱さや使い勝手の問題を解決し、運用効率を大幅に向上させます。同時に、衛星の寿命は長くなり、信頼性と位置特定率も高まります。

高分6号衛星によるロプノールの広帯域画像

高分7号衛星は、デュアルラインアレイステレオカメラやレーザー高度計などのペイロードを搭載しており、サブメートルレベルのステレオマッピングカメラ技術の画期的な進歩を達成しました。高分7号衛星は1メートル未満の解像度を持つだけでなく、国内最高の測位精度も備えている。特殊効果映画に匹敵する空間の3D画像を簡単に撮影できます。これが実用化されれば、我が国、さらには世界の地形を1メートル未満の誤差で立体的に描くことができるようになります。