Vệ tinh viễn thám đại dương: Bảo vệ nguồn sống trên Trái đất

Vệ tinh viễn thám đại dương

Vệ tinh viễn thám biển là những vệ tinh chuyên dụng được sử dụng để phát hiện các yếu tố biển và môi trường biển, phục vụ các lĩnh vực như phát triển và sử dụng tài nguyên sinh học biển, giám sát và phòng ngừa ô nhiễm biển, phát triển tài nguyên vùng ven biển và nghiên cứu khoa học biển. Các yếu tố biển bao gồm màu sắc đại dương, động lực học đại dương và các mục tiêu hàng hải.

Cấu tạo và phân loại các vệ tinh viễn thám đại dương

Các vệ tinh viễn thám đại dương thường bao gồm một nền tảng và các thiết bị tải trọng, điển hình là mang theo các thiết bị viễn thám quang học và vi sóng. Các thiết bị tải trọng quang học thường bao gồm các thiết bị đo màu sắc và nhiệt độ biển, máy ảnh vùng ven biển, v.v., chủ yếu được sử dụng để phát hiện màu sắc và nhiệt độ biển, và có đặc điểm là dải phổ hẹp, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao, độ phân cực thấp và trường nhìn rộng. Các thiết bị tải trọng vi sóng bao gồm máy đo tán xạ, máy đo bức xạ, máy đo độ cao, radar khẩu độ tổng hợp, v.v. Máy đo độ cao có độ chính xác cao trong việc đo độ cao mặt biển, trong khi các thiết bị tải trọng khác có trường nhìn rộng và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết. Radar khẩu độ tổng hợp cũng có độ phân giải không gian cao.

Dựa trên chức năng của chúng, các vệ tinh viễn thám đại dương thường bao gồm vệ tinh quan sát màu sắc đại dương, vệ tinh nghiên cứu động lực học đại dương và vệ tinh giám sát mục tiêu đại dương.

Vệ tinh màu sắc đại dươngCác cảm biến từ xa đa phổ được sử dụng để thu thập tín hiệu nước biển, trong đó ánh sáng nhìn thấy và cận hồng ngoại được sử dụng để thu thập thông tin về màu sắc đại dương và ánh sáng hồng ngoại được sử dụng để thu thập thông tin về nhiệt độ đại dương. Công nghệ này có thể được sử dụng để phát hiện nồng độ chất diệp lục trong nước biển, hàm lượng trầm tích lơ lửng, hàm lượng chất hữu cơ hòa tan, nhiệt độ đại dương và băng trên mặt nước. Nó cũng có thể được sử dụng để giám sát môi trường biển, phát triển và khai thác nguồn tài nguyên thủy sản biển, giám sát ô nhiễm biển, đánh giá môi trường biển, bảo vệ quyền hàng hải và nghiên cứu biến đổi môi trường toàn cầu.

vệ tinh động lực học đại dươngBằng cách phát tín hiệu radar và đo tiếng vọng, độ cao mặt biển và hệ số tán xạ ngược được xác định, đồng thời tốc độ và hướng gió trên mặt biển được thu thập. Công nghệ vi sóng thụ động được sử dụng để đo nhiệt độ bức xạ vi sóng của mặt biển nhằm thu được nhiệt độ mặt biển, và tốc độ gió được suy ra từ dữ liệu này. Nó chủ yếu được sử dụng để phát hiện trường gió, trường nhiệt độ, độ cao mặt biển, trường sóng và trường dòng chảy trên mặt biển.

Để thu thập dữ liệu về trường vectơ gió đại dương toàn cầu và sức căng gió bề mặt, cũng như dữ liệu về sự lưu thông đại dương toàn cầu độ phân giải cao, địa hình đại dương, trường trọng lực và dữ liệu về các dải băng cực.

Vệ tinh giám sát mục tiêu đại dươngRadar khẩu độ tổng hợp vi sóng được sử dụng để thu thập thông tin mục tiêu trên biển có độ phân giải cao, hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, phục vụ cho việc giám sát thời gian thực các mục tiêu trên biển và môi trường biển. Nó có thể thu thập thông tin như trường sóng biển, trường tốc độ gió trên mặt biển, ngập lụt do bão, sóng nội địa, băng biển và tràn dầu, cung cấp các dịch vụ cho giám sát và thực thi pháp luật trên biển, khảo sát vùng ven biển, khảo sát và phát triển tài nguyên biển, giám sát và bảo vệ môi trường biển, và bảo vệ các quyền hàng hải.

Lịch sử phát triển của vệ tinh viễn thám biển

Khi các quốc gia trên thế giới ngày càng chú trọng đến nghiên cứu khoa học biển, các vệ tinh viễn thám biển đã trải qua ba giai đoạn phát triển khác nhau, có thể được phân loại một cách khái quát như sau:

1970-1978 – Giai đoạn thăm dòMục đích chính là sử dụng tàu vũ trụ có người lái để thực hiện các thí nghiệm và sử dụng vệ tinh khí tượng và vệ tinh mặt đất để khám phá đại dương.

1978-1985 – Giai đoạn thử nghiệmTrong giai đoạn này, Hoa Kỳ đã phóng một vệ tinh đại dương và một vệ tinh Yuyun-7, cả hai đều mang theo máy quét màu vùng ven biển. Cả hai vệ tinh đều là vệ tinh nghiên cứu thử nghiệm.

1985-Hiện nay - Giai đoạn nghiên cứu ứng dụng và sử dụng trong kinh doanhTrong giai đoạn này, một số lượng lớn vệ tinh đại dương đã được phóng thành công. Các vệ tinh viễn thám đại dương thu thập thông tin môi trường biển bằng cách mang theo nhiều cảm biến từ xa khác nhau, và có thể được chia thành vệ tinh màu sắc đại dương, vệ tinh động lực học đại dương và vệ tinh địa hình đại dương theo chức năng của chúng.

Trong thập kỷ qua, các vệ tinh đại dương được thiết kế đặc biệt để quan sát đại dương, cũng như những vệ tinh có khả năng quan sát thông tin đại dương một phần, đã bắt đầu phát triển theo hướng độ phân giải không gian cao hơn, độ phân giải thời gian cao hơn, độ phân giải quang phổ cao hơn, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn và độ ổn định cao hơn. Kết quả là, sự phụ thuộc vào các vệ tinh đại dương để giám sát môi trường biển và các ứng dụng quân sự và dân sự đang ngày càng tăng.

Nghiên cứu về vệ tinh viễn thám biển của Trung Quốc bắt đầu khá muộn nhưng đã phát triển nhanh chóng, đạt được những tiến bộ đáng kể sau nhiều năm nghiên cứu. Dựa trên phân loại chức năng và khả năng công nghệ phát hiện của vệ tinh viễn thám biển, các vệ tinh biển của nước ta được quy hoạch và phát triển theo ba loạt chính: màu sắc đại dương, môi trường động lực biển và giám sát biển.

Ngày 15 tháng 5 năm 2002, nước ta đã phóng thành công vệ tinh quan sát màu sắc đại dương đầu tiên, Hải Dương-1A, đánh dấu bước đột phá trong chương trình vệ tinh đại dương của nước ta và nâng cao đáng kể trình độ trích xuất thông tin màu sắc đại dương. Trong 20 năm tiếp theo, nước ta đã phóng nhiều vệ tinh đại dương, bao gồm vệ tinh màu sắc đại dương, vệ tinh môi trường động lực đại dương, vệ tinh giám sát và theo dõi đại dương, và vệ tinh đại dương hợp tác Pháp-Trung. Các vệ tinh này được trang bị các thiết bị cảm biến từ xa tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, vi sóng chủ động và thụ động, cũng như các thiết bị phụ trợ liên quan. Chúng có thể nhanh chóng thu thập thông tin về trường gió mặt biển, trường sóng, trường độ cao mặt biển, trường nhiệt độ mặt biển, các yếu tố màu sắc đại dương và thông tin môi trường của các đảo và vùng ven biển. Chúng cũng có thể thu thập thông tin về sự thay đổi của các chỏm băng cực, băng biển, các sông hồ lớn, thảm thực vật trên cạn và cháy rừng. Các vệ tinh này có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong các lĩnh vực như giám sát tài nguyên thiên nhiên biển và đất liền, môi trường, giám sát thiên tai, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho công tác bảo vệ môi trường biển, phát triển tài nguyên biển, quản lý sử dụng vùng biển, bảo vệ quyền hàng hải và quản lý vùng cực và đại dương của đất nước tôi.

Các vệ tinh thuộc dòng Ocean-1

Thiết bị này được sử dụng để phát hiện các yếu tố màu sắc đại dương toàn cầu, phát hiện nhiệt độ bề mặt biển và giám sát môi trường động vùng ven biển. Nó được trang bị các thiết bị cảm biến từ xa quang học, chủ yếu để phát hiện đại dương, nhưng cũng dành cho đất liền và biển. Các thiết bị này có những ưu điểm như độ phân giải không gian đa dạng, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao, dải động cao và phạm vi quét rộng. Cấu hình thiết bị hiệu quả bao gồm máy quét màu sắc và nhiệt độ nước, máy ảnh vùng ven biển, máy ảnh tia cực tím, máy quang phổ hiệu chuẩn và hệ thống nhận dạng tự động cho tàu thuyền.

Các vệ tinh thuộc dòng Ocean-2

Thiết bị này được sử dụng để giám sát mọi thời tiết các thông số môi trường động lực biển khác nhau như trường gió bề mặt biển toàn cầu, chiều cao sóng đáng kể, mực nước biển và nhiệt độ bề mặt biển. Nó cung cấp trực tiếp dữ liệu quan trắc từ xa gần thời gian thực để cảnh báo sớm và dự báo các điều kiện biển nguy hiểm, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ phòng chống và giảm thiểu thiên tai biển, bảo vệ quyền và lợi ích hàng hải, phát triển tài nguyên biển, bảo vệ môi trường biển, nghiên cứu khoa học biển và xây dựng quốc phòng. Tải trọng hiệu quả của nó bao gồm máy đo độ cao bằng radar, máy đo tán xạ vi sóng, máy đo bức xạ vi sóng quét và máy đo bức xạ hiệu chuẩn.

Các vệ tinh thuộc dòng Ocean-3

Được sử dụng để giám sát thông tin đại dương và đất liền toàn cầu trong mọi điều kiện thời tiết, thiết bị mang tải là radar khẩu độ tổng hợp. Nó có thể nâng cao khả năng phản ứng nhanh và mở rộng phạm vi quan sát Trái đất thông qua các thao tác điều chỉnh hướng sang trái và phải. Hình ảnh radar khẩu độ tổng hợp đa phân cực băng tần C thu được có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đại dương, giảm thiểu thiên tai, thủy lợi và khí tượng. Đây là một hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho đất nước tôi trong việc thực hiện phát triển biển, giám sát tài nguyên môi trường đất liền và phòng chống, giảm nhẹ thiên tai khẩn cấp.

Vệ tinh Đại dương Trung-Pháp

Vệ tinh nghiên cứu khoa học hợp tác quốc tế giữa Trung Quốc và Pháp có nhiệm vụ chính là thu thập thông tin về phổ sóng bề mặt biển toàn cầu, trường gió bề mặt biển và băng biển vùng cực, từ đó nâng cao hiểu biết khoa học về sự thay đổi của môi trường biển năng động; cải thiện độ chính xác và tính kịp thời của dự báo các điều kiện biển nguy hiểm như sóng khổng lồ, bão nhiệt đới và triều cường; và thu thập dữ liệu liên quan đến các tảng băng vùng cực để cung cấp thông tin cơ bản cho nghiên cứu biến đổi khí hậu toàn cầu. Vệ tinh sử dụng máy đo tán xạ do Trung Quốc cung cấp và máy đo quang phổ do Pháp cung cấp. Cả hai bên đã thiết lập hệ thống mặt đất riêng nhưng chia sẻ dữ liệu, thể hiện đầy đủ các đặc điểm của tham vấn chung, xây dựng chung và lợi ích chung, cũng như năm khái niệm phát triển chính: đổi mới, phối hợp, phát triển xanh, cởi mở và chia sẻ.

Ứng dụng vệ tinh viễn thám đại dương

Viễn thám biển chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu và giám sát sự lưu thông của đại dương, dòng hải lưu ven bờ, băng biển, trường dòng chảy bề mặt đại dương, chất lượng nước cảng, công trình ven biển, cải tạo đất, trầm tích lơ lửng, địa hình vùng nước nông, nồng độ diệp lục bề mặt ven biển và các khía cạnh thủy văn, khí tượng, sinh học, vật lý và thủy động lực học biển khác, cũng như ô nhiễm biển và công trình ven biển. Nó đã trở thành một phương pháp giám sát và nguồn thông tin chính cho các vùng biển và ven biển. Thông qua việc ứng dụng dữ liệu viễn thám biển, chúng ta có thể thực hiện quan sát viễn thám động lực học biển, đo đạc địa hình đại dương, địa hình và độ sâu vùng nước nông bằng viễn thám, đo đạc màu sắc đại dương bằng viễn thám, giám sát ô nhiễm biển và quan sát băng biển.

Khi phạm vi và chiều sâu của các ứng dụng viễn thám vệ tinh biển tiếp tục mở rộng, các ứng dụng viễn thám biển sẽ mở ra kỷ nguyên dữ liệu lớn. Dữ liệu viễn thám vệ tinh biển sẽ trở thành nguồn dữ liệu quan trọng hỗ trợ xây dựng một đại dương thông minh, một đại dương kỹ thuật số, một đại dương minh bạch, một Trung Quốc kỹ thuật số và một cường quốc hàng hải.

Xu hướng phát triển của vệ tinh viễn thám biển：Cải thiện độ chính xác quan sát và độ phân giải không gian-thời gian.

Độ chính xác và độ phân giải không gian-thời gian của quan sát vệ tinh là những chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng quan sát và ứng dụng của vệ tinh. Với sự phát triển ngày càng tinh vi của nghiên cứu và ứng dụng hàng hải, yêu cầu về độ chính xác và độ phân giải không gian-thời gian của quan sát vệ tinh hàng hải ngày càng cao. Những tiến bộ trong công nghệ viễn thám và xử lý dữ liệu hàng hải sẽ liên tục thúc đẩy việc cải thiện các chỉ số này để đáp ứng nhu cầu ứng dụng liên quan. Ví dụ, việc mở rộng phạm vi quan sát của các cảm biến từ xa giúp cải thiện độ phân giải không gian và độ nhạy phát hiện, nâng cao độ chính xác của dữ liệu sản phẩm. Mở rộng dải quan sát và sử dụng công nghệ chòm sao có thể cải thiện độ phân giải thời gian của vùng phủ sóng viễn thám hàng hải toàn cầu lên mức hàng giờ, trong khi các vệ tinh hàng hải quỹ đạo cao có thể cải thiện độ phân giải quan sát khu vực lên mức phút.

Viễn thám định lượng là xu hướng phát triển của vệ tinh đại dương.

Ứng dụng định lượng là đặc điểm quan trọng của việc ứng dụng dữ liệu vệ tinh biển. Các sản phẩm viễn thám được tạo ra từ dữ liệu vệ tinh biển, chẳng hạn như chất diệp lục, trầm tích lơ lửng, nhiệt độ mặt biển, độ cao mặt biển, trường gió mặt biển và trường sóng, đều thuộc loại ứng dụng đảo ngược định lượng. Các kỹ thuật hiệu chuẩn và phương pháp kiểm chứng đáng tin cậy và toàn diện là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng cao của các sản phẩm dữ liệu vệ tinh biển.

Do đó, trên phạm vi quốc tế, các vệ tinh đại dương đã thiết lập các lĩnh vực hiệu chuẩn và kiểm định chuyên biệt dành cho việc hiệu chuẩn các thiết bị cảm biến từ xa đại dương và kiểm định tính xác thực của các sản phẩm dữ liệu. Đồng thời, các thiết bị hiệu chuẩn trên tàu của các thiết bị cảm biến từ xa ngày càng trở nên tinh vi, công nghệ hiệu chuẩn bên ngoài ngày càng hoàn thiện và độ chính xác hiệu chuẩn liên tục được cải thiện, đảm bảo rằng các ứng dụng định lượng của vệ tinh đại dương có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.

Công nghệ xử lý dữ liệu tự động trên bo mạch theo định hướng ứng dụng đang không ngừng được cải tiến.

Tính năng động cao của đại dương và sự phân bố thưa thớt của các đối tượng được phục vụ trên bề mặt biển có nghĩa là các đối tượng này không thể nhận được các sản phẩm dịch vụ thông qua các trạm trung tâm dữ liệu như trên đất liền. Để đạt được dịch vụ dữ liệu viễn thám đại dương theo thời gian thực, việc thu nhận trực tiếp các sản phẩm dữ liệu viễn thám được xử lý bởi vệ tinh bởi các đối tượng trên bề mặt biển sẽ trở thành một hướng phát triển quan trọng đối với các vệ tinh đại dương.

Chủ động phát triển các loại thiết bị cảm biến từ xa trên biển mới.

Hiện nay, các quốc gia trên toàn thế giới đang tích cực phát triển công nghệ thiết bị cảm biến từ xa biển, dẫn đến sự gia tăng liên tục các yếu tố quan sát được và cải thiện độ chính xác đo lường của các vệ tinh biển. Điều này đã mở rộng phạm vi ứng dụng của vệ tinh và nâng cao đáng kể khả năng ứng dụng tổng thể của chúng. Sự xuất hiện của các thiết bị cảm biến từ xa biển mới có thể cải thiện đáng kể khả năng quan sát các mục tiêu trên biển, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong tương lai.

Hiện nay, hệ thống vệ tinh biển của nước ta về cơ bản đã hoàn thiện, và viễn thám vệ tinh biển đã bước vào kỷ nguyên dữ liệu lớn. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thám và việc liên tục phóng các tàu vũ trụ, viễn thám vệ tinh biển được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu biến đổi khí hậu toàn cầu, các đại dương nhiệt đới, đại dương vùng cực và băng biển, năng suất và hệ sinh thái biển, tương tác không khí - biển, dự báo thiên tai biển, nghề cá và quản lý vùng ven biển, đồng thời mở ra không gian phát triển rộng lớn hơn và đạt được nhiều kết quả ứng dụng thiết thực hơn.

Một số nội dung trong bài viết này được lấy từ các nguồn sau:

Trí tuệ nhân tạo và học sâu, Mạng lưới phổ biến khoa học hàng không vũ trụ Trung Quốc, Triển lãm phổ biến khoa học Trung Quốc

Lin Mingsen, Zhang Youguang, Yuan Xinzhe: Lịch sử phát triển và triển vọng tương lai của vệ tinh viễn thám biển

Nếu phát hiện bất kỳ hành vi vi phạm bản quyền nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa bỏ.