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          國外陸地遙感衛星投資模式及發展現狀小探

          文章來源:中國測繪雜志        時間:2020-05-24

          陸地遙感衛星是用于陸地資源和環境探測的遙感衛星。國外陸地遙感衛星經過半個多世紀的發展,已經逐步形成了光學、高光譜、雷達、激光測高、重力等多類型衛星遙感體系,具有高中低分辨率并存、多要素探測、數據質量穩定等特點。典型衛星實現了業務化、系列化發展,并呈現出空間分辨率不斷提升、重訪周期不斷縮短、星座組網能力加強,更加輕量化、經濟、高效、靈活的發展趨勢。在陸地遙感衛星的投資模式上,采用政府投資、政府和社會資本合作(Public-Private Partnership,PPP)、政府購買服務、社會資本投資等優勢互補的多種靈活形式,以推動遙感衛星研制及產業發展。

          本文從研究國外多個國家和組織的陸地遙感衛星的發展現狀入手,分析了美國、歐盟、俄羅斯、印度、加拿大等在軌陸地衛星的運行情況及投資模式,總結了目前國外遙感衛星技術發展及衛星投資運營的主要特點。

          國外多類典型衛星的成功運營模式,對我國民用、商業遙感衛星的發展具有重要借鑒意義,通過優化國產衛星的投資運營模式,可充分調動國內政企資本與技術力量,促進國產衛星研制技術更迭、推進衛星應用系統升級,進而提升遙感數據獲取、遙感信息挖掘等技術水平,推動國內衛星遙感產業化發展,使得衛星遙感應用滲透到更多的行業和領域,服務于更廣泛的市場和用戶。 

          國外在軌陸地衛星運行情況一覽

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          國外主要在軌遙感衛星統計圖(包含微衛星)

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          國外主要在軌遙感衛星統計圖(不包含微衛星)

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          國外主要在軌遙感衛星類型統計圖(不包含微衛星)

          圖4.png

          國外主要在軌遙感衛星投資運行模式(不包含微衛星)

          (一)美國陸地遙感衛星發展

          美國是世界上最早發射遙感衛星的國家之一,遙感發展引領全球,水平先進,模式多樣,也是擁有在軌衛星數量最多的國家。以L a n d s a t、WorldView、SkySat等遙感衛星為典型代表。Landsat系統是美國對地觀測體系內中分辨率遙感的主要系列,主要用于陸地資源調查和管理、水資源調查和管理、測繪制圖等。

          Landsat已發展了四代,第一代為Landsat-1~3,第二代為Landsat-4~5,第三代為Landsat-6~7,第四代為Landsat-8。經過歷代發展,Landsat技術水平穩步提高并初步實現商業化運營。Landsat-8衛星是由美國宇航局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)和美國地質調查局(United States Geological Survey,USGS)共同負責的項目。NASA負責衛星傳感器的研制和發射,USGS負責后續的系統維護、地面接收、數據處理和分發。最新的Landsat-9衛星計劃于2020年發射。

          WorldView系列衛星是美國數字地球公司(Digital Globe Incorporated,DGI)發展的第二代高分辨率商業遙感衛星,其中WorldView-3的分辨率達到0.31米。美國數字地球公司的市場用戶主要包括美國政府用戶和多元化的商業市場用戶,但總的來說,其大部分收入都來源于美國政府。政府機構通過大訂單和長期合約等形式購買其數據服務,扶持其商業遙感衛星系統建設和運營。美國數字地球公司通過自己的或其授權公司的地面接收站網實現對所屬衛星的測控、衛星數據的接收以及后續加工處理等,從而在體制機制上保證了其能夠更加靈活迅捷地滿足用戶提出的對地觀測需求。

          SkySat衛星系列是美國星球實驗室(Planet Labs)發展的高頻成像對地觀測小衛星星座,主要用于獲取時序圖像,制作視頻產品,并服務于高分辨率遙感大數據應用。SkySat是世界上衛星數量最多的亞米級高分辨率衛星星座,現有在軌衛星15顆,可實現一天內對全球任意地點2次拍攝,有利于地物目標監測和變化檢測分析。PlanetScope小衛星星座是星球實驗室以更低成本和風險部署的大規模衛星星座,是全球最大的衛星星座,可實現每天監測全球一次。每個PlanetScope衛星成員都是一顆3U立方體小衛星。星球實驗室是新興遙感小衛星公司的典型代表,在衛星設計研制方面技術更迭快,在數據獲取方面經濟、快捷、適用性強,同時專注于挖掘海量遙感圖像中隱藏的信息,為各類分析決策提供支持。

          (二)歐盟遙感衛星發展

           歐洲遙感發展協同并舉,重點突出,效益良好。以法國、意大利、德國等國家的遙感衛星為典型代表。

          “哥白尼”計劃原名為“全球環境與安全監測”(Global Monitoring for Environment and Security,GMES)計劃,是由歐盟領導、歐空局參與的陸基、空基和天基聯合觀測計劃,其天基部分由哨兵(Sentinel)系列衛星組成,用于接替Envisat衛星任務。Sentinel系列衛星由歐空局投資建設,主要用于科學研究。

          法國國家空間研究中心主持研制并發射了SPOT系列1-5衛星,由視寶公司(Spot Image)負責運營管理,視寶公司實現自主盈利后自行投資建設并發射了SPOT-6-7等衛星,每年可從法國國家空間研究中心獲得衛星運行補貼,其70%以上的收入來自國防和政府用戶。

          Pleiades衛星是法國和意大利簽署的空間對地觀測衛星系統發展計劃的研究內容,是SPOT系列衛星的后續計劃。Pleiades高分辨率衛星星座由兩顆完全相同的衛星Pleiades 1A和Pleiades 1B組成,分別于2011年12月和2012年12月成功發射。

          Cosmo-SkyMed是意大利航天局(Agenzia Spaziale Italiana,ASI)和意大利國防部(Ministero della Difesa,MDD)共同研發的對地觀測衛星系統,服務單位為意大利國防部門和科研部門。由政府部門投資建設并運行,委托企業進行數據銷售。 

          德國政府將公共部門和私營部門用戶定義為商業用戶,將科學用戶定為特惠用戶。德國宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt,DLR)與阿斯特留姆公司(EADS Astrium)就TerraSAR-X和TanDEM-X衛星開展了公私合營模式合作,共同承擔衛星及地面系統的研制成本。針對TerraSAR-X衛星,德國宇航中心負責80%建設成本,阿斯特留姆公司承擔20%。對于TanDEM-X衛星,德國宇航中心承擔70%,阿斯特留姆公司承擔30%。德國地理空間公司(BlackBridge,2015年被美國星球實驗室收購)在德國宇航中心的支持下,采用PPP模式運營RapidEye衛星星座,80%資金來自于私人企業。

          (三)俄羅斯陸地遙感衛星發展 

          Resurs系列衛星是俄羅斯發展時間最長、應用范圍最廣的地球資源衛星,主要用于農林、海洋、環境監測等方面。衛星由俄羅斯聯邦航天局投資建設,其商業數據的發行商是其下屬的俄羅斯索夫宗股份公司(Sovzond Company)。目前Resurs計劃已經更新至Resurs-P系列,Resurs-P星座計劃發射5顆衛星,Resurs-P1/P2/P3號已經于2013年至2016年成功發射,未來,Resurs-PM系列將取代Resurs-P系列成為新一代對地觀測衛星。

          (四)印度陸地遙感衛星發展

          截至2019年底,印度共有約20顆民用商用遙感衛星在軌運行,目前以Resourcesat和Cartosat系列衛星為典型代表。

          Resourcesat系列包括Resourcesat-1/2/2A,Resourcesat-1衛星又名IRS-P6,是印度國家空間研究組織(Indian Space Research Organisation,ISRO)制造的地球觀測衛星。Resourcesat-1于2003年10月17日發射,它的總體目標是提供有關綜合土地和水資源管理的業務基礎以及遙感數據服務。Resourcesat-2/2A分別于2011和2016年成功發射,主要用于延續Resourcesat-1的服務。 

          Cartosat系列目前在軌衛星有Cartosat-2A/2B、Cartosat-2C/2D/2E/2F、Cartosat-3。Cartosat-2A/2B衛星分別于2008年和2010年發射,Cartosat-2/2A/2B為同型號衛星,分辨率相比Cartosat-1全色分辨率由2.5m提升到0.8m,幅寬達到9.6km。Cartosat-2C于2016年6月22日發射,它搭載了全色和多光譜遙感相機,全色分辨率0.65m,多光譜分辨率2m。CartoSat-2D/2E/2F均為CartoSat-2C號衛星任務的后續,在基本參數方面和2C號衛星相同。Cartosat-3于2019年11月27日發射,全色分辨率達到0.28m,多光譜分辨率為1.14m,可為城市規劃、農村資源提供更多清晰的圖像。

          Resourcesat和Cartosat系列衛星均由印度國家空間研究組織投入運行,其下設安瑞克斯有限公司(Antrix Corporation Limited,ANTRIX)負責運營。 

          (五)加拿大陸地感衛星發展

          Radarsat衛星是加拿大航天局(Canadian Space Agency,CSA)發展的雷達成像衛星系列,主要用于地球環境監測和資源調查,美國等國家的軍事部門也廣泛應用該衛星進行戰場環境監測和軍事測繪。到目前為止,Radarsat衛星共發射5顆,即Radarsat-1、Radarsat-2和RCM(3顆)衛星,其中Radarsat-2和RCM在軌運行。 

          Radarsat-1是加拿大首顆商業地球觀測衛星,由加拿大航天局、4個?。笨?、安大略、薩斯喀徹溫和不列顛哥倫比亞),以及“雷達衛星國際”(RADARSAT International,RSI)聯合發展,并與美國宇航局進行合作。除發射成本外,整個計劃耗資約6.2億美元,其中加拿大政府出資5億美元,4個參與該計劃的加拿大地方政府出資5700萬美元,其余由“雷達衛星國際”(后改為麥克唐納-德特威爾聯合公司,MacDonald Dettwiler and Associates Limited,MDA)出資。

          Radarsat-2衛星是Radarsat-1衛星的后續型號,是全球第一顆提供多極化圖像的商業雷達成像衛星,1998年加拿大航天局與麥克唐納-德特威爾聯合公司以PPP模式啟動了1m分辨率RadarSat-2項目,加拿大航天局出資約80%,主要負責衛星研制發射,麥克唐納-德特威爾聯合公司出資約20%,主要負責衛星管理運行和數據分發銷售。 

          Radarsat星座(Radarsat Constellation Mission,RCM)于2019年6月12日發射,是Radarsat-2的后續和補充。RCM由3顆構型完全相同的衛星組成星座,在同一軌道平面上等距飛行。衛星由加拿大政府出資,數據將提供給加拿大政府用戶。與Radarsat-1、Radarsat-2衛星不同的是,RCM將不會提供數據給商業用戶。

          國外主要在軌陸地衛星投資模式

          根據對國外情況的分析,由于遙感衛星數據本身的公益性,以及市場的特殊性,要在短期內實現商業化比較困難,衛星遙感的發展不同程度地以政府為主導,表現在政府對遙感衛星研制、部署和應用的政策引導、資金支持及監督管理等多個方面,政府仍然是對地觀測遙感衛星的主要投資方。盡管遙感衛星具備一定的商業運營價值,但經營收費普遍不足以覆蓋投資成本,仍需要政府補貼部分資金或資源實現盈虧平衡,可以定位為準經營性項目。針對準經營性遙感衛星項目,國外一般采取以下四種典型的建設及運營模式。 

          (一)政府投資模式

           政府投資方式,即完全由政府投入并運行,企業銷售。通過100%的政府系統投資支持發展,通過專業的實體實現商業化。政府擁有并運營遙感衛星系統,委托商業渠道銷售衛星遙感數據產品,政府充當擁有者、監管者和用戶三重角色。例如:

          1、意大利政府投資發展的軍民兩用衛星系統COSMO-SkyMed,通過e-GEOS商業公司實現商業化。

          2、法國的SPOT系列衛星由法國國防部投資建設,委托Spot Image公司銷售衛星影像,Pleiades光學衛星系統由法國政府投資,通過SPOT-Infoterra公司實現商業化。

          3、美國早期成立的地球觀測衛星公司(EOSAT)也采用此模式銷售Landsat衛星影像。

          此外,俄羅斯Resurs系列、韓國KOMPSAT系列、日本的ALOS系列遙感衛星也采用該模式。 

          (二)PPP模式

          PPP模式,即政府與企業共同投資的方式,政府扶持啟動研制衛星系統,與企業合作發射遙感衛星,共同分擔衛星研制和發射費用,企業負責運營管理。政府充當監管者、贊助方和用戶三重角色。例如:

          1、德國的TerraSAR-X/TanDEM-X合成孔徑雷達星座,由阿斯特留姆公司和德國宇航中心共同投資。

          2、德國的RapidEye衛星系統,除德國宇航中心和歐洲發展基金給予20%的財務資助外,80%的資金來自私營公司投資。

          3、加拿大的Radarsat-2衛星系統也是采取這種投資運營模式,某種程度上有利于推動衛星遙感產業化和降低政府投資。

          (三)政府購買服務模式

          這種方式是采用政府數據預先購買方式,即企業建設和運營,政府購買服務。衛星的研制、發射、運營都有成熟的公司進行商業化運行,政府則通過政策制定和大批量高分衛星影像采購等形式引導和支持商業化運作。衛星與數據完全采用商業化運營模式,政府充當監管者和用戶的角色。美國、法國、加拿大等國家以政府采購為引導,預先安排足夠訂單、留足利潤空間,扶持本國私營企業成長,通過采購方式的改變實現商業航天有效競爭。例如:法國視寶公司與阿斯特留姆公司合并之后,后續的SPOT6/7衛星由阿斯特留姆公司自行出資研制,視寶公司每年仍從法國國家空間研究中心獲得約1.5億歐元的衛星運行補貼費用,其70%以上營業收入來自國防和政府用戶。

          (四)企業投資模式

          以美國為首的西方國家從戰略、科研和產業政策等方面積極支持商業遙感小衛星的發展,并走在了世界前列。在多元化投融資機制的推動下,許多商業小衛星公司相繼進入市場并啟動了大規模的商業遙感小衛星研制及商業化項目。商業小衛星公司主要通過市場融資、多企業合資等方式獲得研發投入,通過發射密集小衛星星座,獲得強大的數據更新能力,具有低成本、高重訪率、高分辨率、應用范圍廣等特點。美國星球實驗室是其典型代表。

          美國星球實驗室利用技術降低衛星尺寸和成本,以更低的風險部署大規模衛星星座,其投資并運營高頻成像對地觀測小衛星星座SkySat和PlanetScope,多國政府、公司均為其客戶,為衛星研制及運營管理提供重要資金來源。

          小結

          綜上,國外陸地衛星在投資及運營方面主要有如下特點: 

          1、高分辨率遙感數據需求突出,政府仍然是高分辨率遙感衛星數據的主要用戶,也仍然是衛星的主要投資方,產業發展受政府購買情況影響顯著。

          2、在政策扶持、資本助推和政府監管下,以盈利為目的、采用市場化運營的商用遙感衛星開始受到政府鼓勵,成為民用衛星資源的有益補充。

          3、政府根據不同類型陸地遙感衛星的特點和發展需求,逐步探索建立多元化、多渠道的投資體系,既能保持衛星數據的連續性,也為超前部署前沿技術研究、推動技術與運營模式協同創新提供了契機。

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