正在運行的激光通信地面站。 空天院供圖

中國遙感衛星地面站麗江站。 空天院供圖

遙感衛星，猶如人類安放在太空的眼睛，在天巡繞，對地俯視，產生著大量寶貴的觀測數據。這些數據看不見、摸不著，如何才能傳送至地球？

答案就在遙感衛星地面站。它就像一個“數據驛站”，在地遙呼，對天仰望，接收著人們欲知的海量信息。作為空間信息領域的核心基礎設施，經過30余年的發展，如今，中國遙感衛星地面站已成為我國空間觀測的可靠數據源，服務千行百業、千家萬戶。

從“一枝獨秀”到五站組網

北京密云，山巒之間，一個大院圈住幾座巨大的天線，與周邊景色形成鮮明對比。中國遙感衛星地面站(以下簡稱“地面站”)的故事正是從這里開始的。

時間回到1975年，我國首次發射返回式遙感衛星。但其時，還沒有數據傳輸型遙感衛星以及遙感衛星地面站，我國只能購買國外衛星數據來獲取相應資料，購買難度大、數據時效性差，數量更是極其有限。

何時才能擁有屬于自己的遙感衛星地面站？遙感科技工作者和行業部門翹首以盼。

1986年12月，歷經多年籌建，地面站建成并投入運行，包括密云衛星數據接收站(密云站)和位于北京城區的總部。

“密云站的建成運行，讓我國從此擁有了直接獲取衛星遙感數據的能力，擁有了自己的地面數據源，填補了我國在衛星遙感技術領域的空白，開創了我國遙感技術和遙感應用的新時代。”中國科學院空天信息創新研究院(以下簡稱“空天院”)研究員、地面站主任黃鵬說。

很快，它的作用便發揮了出來。1987年，我國大興安嶺林區發生特大火災，地面站第一時間響應，首次將衛星遙感圖像應用于國家重大自然災害監測中。從此，衛星遙感為我國防災減災救災提供了重要支持。

但漸漸地，新問題出現了：國家經濟建設需求日益增長，一枝獨秀的密云站出現超負荷運行的情況。“我國幅員遼闊，而密云站數據接收范圍僅能覆蓋我國約80%的陸地國土面積。”黃鵬說。

怎么解決？與我國航天事業的迅速發展同步，2005年，陸地觀測衛星數據全國接收站網項目啟動，地面站的建設步伐加快了：

2008年1月，新疆喀什站建成運行，填補了我國西部民用遙感衛星數據接收的空白；

2010年5月，海南三亞站建成運行，我國對地觀測衛星數據直接獲取能力首次伸展到南部海疆；

2023年9月，黑龍江漠河站兩套7.3米天線系統先期投入運行，我國衛星接收站網接收覆蓋面積對外擴展約400萬平方公里，平均每顆衛星每天可以增加約20分鐘的接收時長；

2024年9月，云南麗江站全面建成投入運行，填補了我國西南地區無固定衛星地面接收站的空白。

由點到面，地面站現在已是個“大家庭”——從密云站起步，地面站目前已形成了以北京總部為中心，密云、喀什、三亞、麗江、漠河五站組網的運行體系。

“由五站組成的衛星數據接收站網擁有38部大口徑數據接收天線和十余條高速光纖數據傳輸鏈路，具備S/X/Ka三頻段天線工程化業務運行能力，以高度自動化運行實現了覆蓋我國全部國土和亞洲70%陸地區域的實時數據接收，初步具備全球衛星數據的快速獲取能力，規模體量和技術指標均位于世界前列。”黃鵬說。

繁忙的“傳達室”

“接收國內外遙感衛星和空間科學衛星數據，并為用戶提供廣泛的數據服務，是地面站的核心業務。”在地面站喀什站站長王建平看來，地面站如同繁忙的“傳達室”。

“衛星數據接收是一個不可逆的過程，每天每個時段都有衛星過境，一旦錯過就可能導致珍貴的衛星觀測數據丟失。”王建平說，“我們一直保持著365天×24小時全天時運行的狀態，站上的工作人員基本都是以站為家。”

不光很忙，地面站還是個“多面手”。

自1999年開始，我國空間對地觀測事業突飛猛進，地面站承擔著包括資源系列、環境減災系列、高分系列等在內的所有民用對地觀測的數據接收任務。

2011年，中國科學院空間科學戰略性先導科技專項啟動，地面站承擔了近地軌道空間科學衛星的跟蹤、接收、記錄和傳輸任務，將數據接收業務從對地觀測拓展至空間科學領域；2015年，地面站開始承擔以“悟空”“墨子”“慧眼”為代表的中國科學院空間科學衛星數據接收任務，為我國空間科學衛星取得重大應用成果提供了可靠的數據保障。

30余年來，地面站已累計承擔中外衛星任務76顆(目前在軌衛星任務50顆)，接收衛星軌道70余萬軌；同時，管理著從1986年至今超過600TB的歷史存檔數據，是世界上接收與處理衛星數量最多的機構之一，也是我國時間最長的對地觀測衛星數據歷史檔案庫。

表現亮眼的背后，是地面站與國計民生的緊密相連。

從全國國土調查、全國生態狀況變化調查評估、全國森林資源調查等重大遙感項目，到2008年汶川地震、2010年玉樹地震等重大自然災害，黃鵬介紹，地面站接收的衛星數據已廣泛用于科研、災害監測、環境監測、林業、國土資源、城市規劃、農業、水利、氣象、海洋、礦業等專業領域，為滿足國家重大任務需求提供了數據服務。

而為適應我國對地觀測和空間科學事業的不斷發展，科研人員一直在開展科技攻關，努力建設與研制高水平衛星地面系統。“密云站初建時，全部設備和技術只能靠引進。”黃鵬告訴記者，如今，地面站的設備均已實現國產化，衛星數據接收和處理系統達到世界先進水平，能快速實現數據接收后的產品處理，為全國用戶提供近實時的數據服務。

“地面站現已發展成為中國兼容和擴展能力最強的衛星數據地面系統。”黃鵬表示，未來，還將持續提升衛星數據的接收、處理和服務能力。

激光帶來新選擇

2023年6月12日凌晨，一束激光從地面射向太空，與飛行的衛星相連，一條連接天地的信息通道被搭建起來。我國首次成功實現星地10Gbps激光通信，星地數據傳輸的新選擇——激光傳輸距離業務化運行又近了一步。

近日，新進展傳來：自主研制的500毫米口徑激光通信地面系統在新疆完成部署，我國首個業務化運行的星地激光通信地面站正式建成并進入常態化運行階段，我國衛星數據接收僅靠微波地面站的現狀由此改變。

為什么要發展星地激光通信并建設星地激光通信地面站？

“高速”“高效”，空天院高級工程師李亞林給出關鍵詞。

隨著我國衛星技術的高速發展，衛星探測產生的數據呈幾何級增長，但海量數據無法及時下傳的問題也日益凸顯，這制約了衛星數據資源的高效利用。李亞林表示，僅依靠設施規模擴充和局部技術指標提升，已很難滿足星地高速通信的需求，新技術手段的應用很有必要。

在國際上，星地激光通信被視為未來星地高速通信的重要手段。它能有多快？以激光為載體的星地激光通信，其信息傳輸速率最高可達微波通信的近千倍。

“如果將頻段比作道路，微波X頻段是單車道，微波Ka頻段是4車道，激光可容納成百甚至上千車道。同時，激光通信系統重量輕、體積小、功耗低、保密性強，可以滿足星地海量數據傳輸需求。”李亞林說。

當前，發達國家正加速布局發展星地激光通信技術。美國已實現激光通信的在軌工程化應用，正加速構建近地高速激光通信網絡和高速深空激光通信網絡；歐洲實現了高速相干激光通信的工程化應用，正向著工程化組網方向發展；日本起步較早，技術成熟，正往多點布站規模化應用發力。

“我們同樣在加速!”談起我國星地激光通信技術的發展，黃鵬表示，一系列關鍵核心技術正不斷被攻克——為實現夜間星地激光通信的常態化運行，科研團隊先后突破了大氣信道預測及任務規劃調度、激光信號的快速捕獲建鏈和自適應光學校正、復雜大氣條件下的無誤碼傳輸等一系列關鍵技術；近期又攻克了白天強大氣湍流、強背景光下的可靠星地激光通信難題，首次成功完成了白天星地激光通信業務化運行試驗，將星地激光通信的可用時段提高了近一倍。

“星地激光通信地面站的常態化運行，將為我國下一代星地海量數據傳輸體系規劃以及新一代衛星地面站網建設打下堅實基礎。”黃鵬透露，目前國家星地激光通信地面站網正在規劃論證中。“伴隨著激光通信地面站的運行和持續優化改進，星地激光通信憑借其獨特優勢，將在衛星數據接收領域得到廣泛應用，有望通過‘激光+微波’組合運行模式，有效解決當前海量衛星數據難以下傳的問題。”

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遙感衛星地面站是如何工作的

人造衛星攜帶的遙感器能夠主動或被動接收各類陸地、海洋、氣象等信息，而遙感衛星地面站則負責接收遙感衛星向地面發送的包含各類探測信息的信號，實現“天有所視，地有所知”。那么，遙感衛星地面站是如何工作的呢？

中國科學院空天信息創新研究院研究員、中國遙感衛星地面站主任黃鵬介紹：“地面接收站的主要任務是搜索、跟蹤衛星，接收并記錄衛星下行的遙感數據和遙測數據。”

其中，跟蹤接收環節非常關鍵，是衛星與地面接收站之間建立聯系的數據通信過程，二者的通信傳媒為電磁波(通常為微波)。目前，衛星與地面接收站之間常用的通信頻段包括S頻段、X頻段和Ka頻段。科研人員將這一過程形容為“追星”和“讀星”。

“追星”——地面接收站要從茫茫星海中接收指定的衛星信號并非易事，需要精準計算出衛星的位置，并控制數十噸重的接收天線“瞄準”數百公里外飛行的衛星；衛星單次過站時長有限(一般為3至14分鐘)，需要在幾秒內捕獲衛星信號，在接收過程中還要時刻調整姿態，以保持信號跟蹤接收穩定，對準偏差不能超過0.12°。

“讀星”——跟蹤到衛星后，便是對衛星下行數據的接收環節。這類數據屬于“弱信號，大信息”。“弱信號”是指遙感衛星發射的微波信號會經過數百甚至數千公里，有時還會遭遇惡劣天氣，到達地面站時已非常微弱；“大信息”是指接收的遙感衛星數據碼速率非常高，目前主流對地觀測衛星下行碼速率可達4×1.5Gbps。由于遙感衛星的種類不一，對數據接收的要求也可能不同，優秀的地面站能針對衛星的具體接收要求進行相應配置，具有良好的通用性。

分布于不同地點的地面接收站會將“讀星”數據傳輸到總部，由總部對其進行記錄存儲。這些數據經過處理，變成可用的數據產品后，才會被送到用戶手中，實現最終的“落地”。

“這些環節分別由不同的技術系統承擔和實現，而運行管理貫穿始終，它是各個系統、環節之間的總體控制和管理調度的中樞，負責接收計劃、規劃調度接收資源、下達任務，并對任務的執行過程進行監視和跟蹤，實現整個地面站的自動化、協同運行。”空天院高級工程師、地面站副主任馮柯補充道。(記者 姚昆)