卫星在太空中遨游，为地面上的海事、气象等各领域保驾护航。人们盼望这些“太空眼”能看得越来越清楚，科学家认为，提高遥感卫星的辐射定标精度，减小观测误差，对于确保卫星产品反演精度具有决定性作用。此外，气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求，传统遥感仪器定标手段以及地面辐射校正技术已无法满足气候变化研究的需要，发展新型定标技术体系，解决地球系统变化的长期稳定观测问题势在必行。

　　空间辐射测量基准卫星可以在准确遥感地球系统气候变化信号的同时，从根本上解决目前遥感卫星定标精度不高的问题，这一设想的实现，将对确保遥感卫星定量化应用产生决定性影响。

　　遥感卫星熠熠生辉

　　站得高，才能望得远。

　　在太空中，每时每刻，遥感卫星都在注视着地球，监测这个系统的云团、海流、气温变化等。利用遥感卫星，可以实现对森林资源进行全面调查、估测农作物产量和水果的产量、进行灾害与环境监测，不但能创造很高的经济效益，也广泛应用于国防安全。

　　国家卫星气象中心总工卢乃锰告诉《经济日报》记者：“我国遥感卫星发展到今天已经有40年的时间，取得的成绩有目共睹，以4大业务系列的遥感卫星为基础，一些专项的卫星计划以及一些科学实验卫星都为我国空间卫星技术进步发挥了非常重要的作用。”

　　1988年我国发射气象卫星，形成极轨和静止两个业务卫星系列；1999年发射资源卫星，实现多任务系列卫星综合观测；2002年发射海洋卫星，形成海色和海洋动力卫星系列；2008年发射环境减灾卫星，形成光学和雷达小卫星星座体系。

　　“从空间分辨率来说，民用遥感卫星已经到了米级，这种卫星在生态、环境、测绘以及灾害防治方面能发挥重大作用。现在我国气象卫星的时间分辨率已经到了分钟级。”卢乃锰说。

　　这种分钟级数据意味着什么？“它改变了我们以前对静态卫星遥感图像的认识，从分钟级图像上可以看到对流云团像开了的锅一样，并不像静止云图。”卢乃锰介绍。从分钟级卫星遥感图像动画上可以看到，由于雨滴和冰雹的下落拖带作用，发展旺盛的云团底部会有冷空气下沉（下击暴流），冷空气到达地面后，沿着地面扩散，导致周围的暖湿空气抬升，产生动力强迫，出现清晰的积云线。而如果两条积云线交汇，其交汇点的地方动力强迫最强，往往新的雷暴就在这里发生，这一点对比雷达图像可以佐证。“因此，遥感卫星所提供的高时间分辨率资料对短时预报非常重要。”卢乃锰说。

　　国产卫星熠熠生辉，在国际上影响力不断上升。“我前几天看到这张海洋卫星的图，出乎我的预料，海洋卫星是2002年发射的卫星，现在雷达高度竟如此地成功，法国方面对它的评价是不仅质量好，而且非常稳定，这个评价非常难得。”经过与JASON-2的一番比较，国产的海洋卫星HY-2A高度误差只有0.4厘米。法国已经在自己的业务系统中引入中国的海洋卫星数据。

　　在气象观测方面，中国气象局曾经收到欧洲数值预报中心来函索要风云卫星资料。这一世界上最先进的数值预报中心通过对中国气象卫星资料进行3个月的试用，不但肯定中国风云三号中的一些仪器质量已经和欧美相同的仪器相当，而且要求与中国气象局建立业务链路，实时获取风云三号资料。

　　第92届美国气象学年会，破例为中国卫星设立分会场，向全世界宣传中国卫星的价值。国内外学术刊物陆续发表了一批高质量的关于中国卫星的文章，TGARS甚至为风云三号出版了专刊，中国的遥感卫星开始吸引世界的目光，有了“国际范儿”。

　　精确测量面临挑战

　　如同一个没有刻度的温度计和尺子，无法给别的物体测量温度、丈量长度，卫星也要定标，给空间仪器观测数据进行量值刻度，才能测量得更加精确。但是这个定标过程比起一般的地面仪器标定要复杂许多，而且遥感仪器在轨长期工作存在衰退，定标工作不能一劳永逸。

　　在日前召开的空间辐射测量基准技术发展高层研讨会上，中国气象局副局长于新文表示，自1994年以来，在国家的大力支持下，中国气象局联合国内有关单位，建成了地面辐射校正场，取得了许多科研成果，为我国民用卫星在轨定标工作作出了很大贡献。

　　“我国遥感卫星的辐射校正科学问题以及技术发展已经到了关键时刻，一方面中国的遥感卫星发展非常之快，另一方面，我国对于环境可持续发展以及全球变化研究的需求越来越迫切。现在看来，关于卫星辐射校正问题已经成为遥感卫星发展的关键问题，成为制约遥感卫星发展的拦路虎。”于新文说。

　　发展卫星辐射校正系统，解决在轨卫星定标问题，是我国量化遥感的迫切需要，也是遥感卫星应用发展的重大需求。

　　回顾历史，由于20年前航天技术很难在星上对遥感器进行实时精确定标，因此，利用地面辐射特性均匀稳定的目标，将其作为“基准”，在卫星飞过时通过星地同步观测，将“基准”传递到卫星上以校准遥感器偏差，就成为确保在轨卫星观测精度的有效方法。

　　不过，随着航天遥感技术的发展和积累，国产卫星的辐射定标精度不高及数据质量参差不齐的现象开始引起关注。比如，红外光定标精度徘徊在1~1.5K，可见光通道约5%~7%，与0.2K和2%的国际水平存在很大差距。地面辐射校正场技术已经达到理论极限。

　　与此同时，气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求。“全球能量平衡过程如此精细，我们至今没能完全理解，而长期的气候变化监测对卫星观测提出超高精度观测要求，气候变化研究需要甄别每百年不到1K的温度观测，太阳辐射直接观测相对误差需要稳定在0.1%，反射太阳辐射需要稳定在误差3%。显然现有的辐射技术无法满足这一需要。”卢乃锰说。

　　中科院上海技术物理研究所副所长丁雷告诉记者，监测气候变化以及验证气候预测模型精度的研究都需要高精度的长达10年以上的气候监测数据。在红外辐射测温方面，需要在轨的亮度温度测量不确定度能够达到0.1K。这不仅需要仪器在发射前进行精确的校准，同时还要具备在轨的校准验证能力。

　　“对于简单的定标而言，发展遥感载荷的定标系统没有问题，但是要想得到非常高的精度，其定标系统的造价往往超过载荷本身，甚至是载荷成本的5到10倍，而且每一颗卫星都构成非常复杂的定标系统这更不可能，更何况现在本身的技术在空间段也做不到那么高的精度要求。”卢乃锰说。

　　如何应对卫星定标面临的种种挑战，中美科学家几乎在同一时间想到了同一办法，这就是空间辐射测量基准卫星。

　　一颗基准星解决定标难题

　　“发射一颗具有极高的辐射测量精度的定标卫星，这颗卫星在绕地球飞行的时候，它会和其他的卫星有一个轨道交叉，利用该卫星与其他遥感卫星对地球同一目标同时空中观测，就可以把这颗卫星观测的结果传递到另一颗卫星上来标定另一颗卫星。这很像是我们做一个高精度的天平，先用这个天平秤完苹果，再将苹果放到别的天平上，去标定好其他任何一个天平。”卢乃锰说。

　　这个方法的好处是用一颗基准星就可以对所有其他遥感卫星进行标定，从而大大降低了每颗卫星都设计高精度定标系统所带来的成本问题。

　　由于空间辐射测量基准卫星定标精度要比现有遥感卫星高一个数量级以上，必须完成原理突破和技术革新，因此研制难度极大。

　　2006年，美国国家大气海洋局、航空航天局、国家计量标准局等部门组织上百名科学家，联合召开气候变化背景下卫星仪器定标研讨会，试图举全国之力，共同发展用于气候变化监测的超高精度空间辐射测量卫星，CLAREEO（Climate Absolute Radiance and Refractivity Observatory）计划由此产生。美国国家大气海洋局助理局长亲自作报告，呼吁发展空间高精度辐射测量技术，确保气候变化监测，解决现有遥感卫星的定标问题。

　　国内863计划在“十二五”期间，针对空间辐射基准源研制关键技术，部署了前瞻性项目。随着项目的启动，空间辐射测量基准卫星的概念得到国内科技与航天部门的认可和关注。

　　“我们的总体目标是设定面向遥感卫星辐射定标系统发展前沿，统筹规划，分步实施，通过3个5年计划的实施把我国空间辐射测量基准卫星送上太空，解决气候监测的长期稳定性，以及现有的遥感卫星辐射定标精度不够的问题。”卢乃锰说。

　　“地面辐射测量基准从60年代开始已经经历了三个阶段的发展，但是空间辐射测量现在发展仅仅相当于地面的第一个阶段。因为其难度水平和地面完全不一样，会涉及很多技术问题。”卢乃锰说。

　　到目前为止，现有遥感载荷都难以确保遥感器的定标精度和遥感产品的长期稳定性和可靠性。突破空间遥感载荷的高精度星上辐射定标核心技术，建立我国自主空间辐射基准是我国今后相当长时间内积极努力的前沿课题。

　　“当前，我国多个序列的遥感卫星虽然针对行业应用有所差别，但是仪器辐射定标过程基本相似，需要国家统一辐射计量基准开展卫星在轨定标。在空间平台上建立可溯源国际单位制SI的统一辐射基准，设计完整可靠的空间基准传递链，是根本解决星载遥感高精度高稳定度辐射定标的有效途径。”卢乃锰说。