商业航天 | 国内外微小型商业 SAR 卫星发展及对比
截至2024年底，全球已发射500kg以下微小型商业SAR卫星110颗，其中国外占比83颗，国内27颗。芬兰ICEYE、美国Capella Space及我国航天宏图公司位列发射数量前三。国内虽数量相对较少，但SAR载荷类型覆盖C、X、Ku、Ka等多个频段，应用场景从海洋监测到地质灾害预警呈现多元化特征。图1 微小型商业 SAR卫星发射统计（截至 2024 年底）目前，国外发射微小型商业 SAR 卫星的单位主要有芬兰的 ICEYE 公司、美国的 Capella Space和 Umbra 公司，以及日本的 Synspective 公司和 QPS 研究所等。芬兰ICEYE 公司发射的第一颗微小型商业 SAR 卫星质量仅有 70kg，采用 X 频段平板相控阵天线，图像分辨率约为 10m。2020 年 3 月，ICEYE 公司利用聚束模式，实现了 25cm 的高分辨率成像。 2023 年 5 月，ICEYE 公司推出扩展驻留（Dwell）成像模式，可持续聚焦 25s，生成 SAR 图像序列或视频影像，适用于单次卫星通过时对目标运动进行高级分析。这种新的 SAR 成像处理技术，可以动态显示拍摄区域，明显看到移动的车辆、舰船，同时还可以区分人造物体和自然背景。目前，ICEYE 公司共发射 41 颗 SAR 卫星（图 2），轨道高度为 500 ～ 600km，倾角大多为 97.3 ° （ICEYE - X47/X49 倾角为 45.0 °），具备聚束、条带、扫描和 Dwell 多种成像模式，最大幅宽为 100km，是世界上规模最大的商业SAR 卫星星座。美国2018 年 12 月 3 日，Capella Space 公 司 成功发射了美国首颗商业 SAR 卫星卡佩拉 - 1（Capella - 1）。 该 卫 星 的 轨 道 高 度 为 550 ～ 600km，倾角约为 98 ° ，其网状反射面天线完全展开后可达 8m2，如图 3 所示。2021 年 6 月 3 日，Umbra 公司成功发射了 Umbra - 01（又称 Umbra SAR 2001）卫星，其分辨率高达 0.25m，是当时全球分辨率最高的商业 SAR 卫星。2023年 8月 7 日，Umbra 公司发布了 0.16m 分辨率的 SAR 图像，这是全球有史以来发布的最高分辨率的商业 SAR 卫星数据。Umbra公司拟建设包含 32 颗微小型 SAR 卫星的Umbra星座，目前已发射 10 颗，均采用网状抛物面天线（图 4），工作在 X 频段，极化方式为单极化（VV 或 HH），卫星质量为 65 ～ 80kg，拍摄模式主要有聚束模式、Dwell 模式，成像范围为 5km × 5km，轨 道高度约为 520km，轨道倾角约为 97.4°。日本2019 年 12 月 11 日，日本 QPS 研究所成功发射了日本首颗质量低于 100kg 的小型 SAR 卫星 QPS - SAR - 1（图 5），其分辨率可达 1m。2021年 1 月 24 日，QPS 研究所成功将 QPS- SAR - 2卫星送入预定轨道，该卫星分辨率可达 0.7m，工作在 X 频段，天线形状为直径 3.6m 的无缝碗形，单极化，单颗卫星质量约为 120kg，具有聚束模式和条带模式，最高分辨率可达 0.46 m × 0.39m（方位向 × 距离向）。QPS 研究所计划组建 QPS- SAR 星座，目前已发射 8 颗卫星（其中 2 颗发射失败）。QPS - SAR 星座由 4 种不同轨道上的 36 颗卫星组成，分别为 97.5 ° 太阳同步轨道（SSO）、45 ° 中倾角轨道（MIO）、42 ° MIO 轨道和 41 ° MIO 轨道，每个轨道布置 9 颗 SAR 卫星，从而实现对地球任意区域的约 10 分钟快速观测。2020 年 12 月 15 日，Synspective 公 司 成 功将 StriX - α 卫星发射升空（图 6），该卫星采用4.9m × 0.7m 相控阵天线，工作在 X 频段，质量为 150kg，最高分辨率可达 1m，具备聚束和条带模式。2022 年 2 月 28 日，Synspective 公司成功发射了同类型的 SAR 卫星 StriX- β。同年9月，Synspective 发射新一代 SAR 卫星 StriX - 1。 2024 年 3 月 12 日，Synspective 成 功 将 StriX - 3卫星发射升空，该星最高分辨率达 0.25m。目前， Synspective共发射5颗微小型商业 SAR 卫星。其他2018 年 9 月 16 日，英国萨里卫星技术有限公司（SSTL）成功将 NovaSAR - 1 卫星发射升空，该卫星采用相控阵天线，工作在 S 频段，质量为 150kg，最高分辨率可达 6m。2022 年 6 月、2023年 7 月，新加坡科技工程（SSE）和国防科学组织国家实验室（DSO）等单位先后将 NeuSAR、DS - SAR 卫星发射升空。这两颗卫星都采用反射面天线，质量分别为 160kg、360kg，轨道倾角为 10 ° 、5 ° ，是目前国内外仅有的 2 颗低倾角微小型商业 SAR 卫星。天仪 TYSAR 系列卫星2014 年以来，随着航天领域的政策逐渐开放，我国商业航天产业迎来了快速发展。2020年 12 月 22 日，由厦门大学、长沙天仪空间科技研究院有限公司和中国电子科技集团有限公司第三十八研究所等单位联合研制的海丝一号（也称 TYSAR - 01）成功发射升空，并在一周内获取到首批高质量图像，实现了国产微小型商业 SAR 的突破。海丝一号采用相控阵天线，工作频段为 C频段，质量约为 180kg，运行于约 500km 高的轨道上，倾角约为 97 ° ，具备聚束、条带和扫描三种工作模式，最大幅宽可达 100km，最高分辨率可达 1m。在此基础上，长沙天仪空间科技研究院有限公司陆续于 2022 年 2 月、2023 年 6 月和 2024 年 9 月发射巢湖一号（也称 TYSAR - 02）、涪 城 一 号（也 称 TYSAR - 03）、神 启 号（也 称 TYSAR - 04）SAR 卫星。这些卫星的轨道控制能力逐步提升，干涉处理能力显著增强，特别是涪城一号已能够用于获取地表微小形变数据。齐鲁/ 中科SAR 系列卫星2021 年 4 月 27 日，山东产业技术研究院和中科院空天信息创新研究院等单位合作的齐鲁一号卫星成功发射，是国内首颗 Ku 频段的 SAR 卫星，采用轻型反射面天线，极化方式为HH，具备多种聚束、条带拍摄模式，最高分辨率可达 0.5m。中科卫星科技集团有限公司计划部署涵盖 C、X、 Ku、S 等多个频段的 SAR 卫星，并进一步制定多频段 AIRSAT 星座发展计划，同时兼顾多颗光学小卫星。该星座微小型商业 SAR 卫星将采用相控阵与反射面天线技术。2024 年 9 月， AIRSAT 星座首批两颗卫星——中科卫星 01/02星成功发射，这两颗卫星同样采用 Ku 频段，天线类型为可展开式柱状反射面，质量约为 300kg，如图 7 所示。12月4 日，海哨一号（AIRSAT - 08）成功发射，该卫星采用超低轨（350km）、中倾角（43° ）轨道设计，搭载光、多极化 SAR 载荷，可实现光 - SAR 遥感联合观测。泰景四号SAR 系列卫星2022 年 02 月 27 日，北京微纳星空科技股份有限公司研制的泰景四号 01 星成功发射，是国内首颗 X 频段商业 SAR 卫星，采用相控阵天线、 VV 极化，具备滑动聚束和条带两种模式，最大分辨率可达 0.5m。此外，该卫星同时搭载光学镜头，具备光学、SAR 共视成像能力。2024年1月23 日，泰景四号 03 星成功发射，是国内首颗商业 Ku频段相控阵 SAR 卫星，整星质量为 230kg，采用 VV 极化，具备滑动聚束、条带、扫描等成像模式，最高分辨率为 1m。宏图 SAR 系列卫星2023 年 3 月 30 日，宏图一号卫星成功发射，这是全球首个采用“1+3”车轮编队构型的多星多基线分布式干涉雷达卫星，由 4 颗卫星组成：中原一号（又称 HT1 - A）、鹤壁一号（又称 HT1 - B）、鹤壁二号（又称 HT1 - C）以及鹤壁三号（又称 HT1 - D）。在这个 SAR 卫星编队中，中原一号作为主星，其他 3 颗卫星则作为辅星，主星围绕地球轨道运行，同时辅星以主星为中心进行旋转，且呈间隔 120° 均匀分布，组成“车轮式”编队，每颗星之间可相互配合，共同构建了一个协同工作的卫星网络。宏图一号主星采用有源相控阵天线，质量为 305kg，辅星采用无源相控阵天线，单颗质量为 250kg，轨道高度为 528km，倾角为 97.5° ，工作频段为 X 频段，极化方式为 HH，具备单星滑动聚束、单星条带、多星多带干涉测量和多星多带拼接的成像模式，最高分辨率可达0.5m，最大幅宽可达80km。2024 年11 ～ 12 月，宏图二号 01 ～ 04 星、宏图二号 09 ～ 12 星成功发射。这两组卫星都是由 4 颗X频段 SAR 卫星组成，部署在同一轨道上，并采取 90° 等相位的在轨编队飞行模式。这种轨道设计不仅能够显著缩短卫星重访周期，还可以使卫星之间能够协同工作，从而进行高精度的差分干涉测量任务。其他武汉大学于 2023 年 5 月发射了全球首颗 Ka频段高分辨率 SAR 卫星——珞珈二号 01 星，北京四象爱数科技有限公司等单位于 2023 年 7 月发射我国首颗矿业专用 SAR 卫星——矿大南湖号卫星（又称 AS - 01），北京智星空间科技有限公司于 2024 年 2 月发射国内首颗星载一体化设计研发的 X 频段 SAR 卫星——智星二号 A 星（又称济高科创号），宁波智晖空间技术有限公司等单位于 2024 年 5 月发射 X 频段轻量化反射面 SAR 卫星——海王星 01 星（又称东方至远号），长光卫星技术股份有限公司和天津云遥宇航科技有限公司于 2024 年 9 月发射 X 频段、双极化、方位向三通道的吉林一号 SAR01 星。天线设计方面，国内80%采用相控阵技术，而国际企业多采用可展开网状反射面。分辨率指标显示，美国Umbra已达0.16米，国内最高为0.5米。轨道创新方面，海哨一号采用350km超低轨设计，较常规500-600km轨道提升分辨率30%。在干涉测量领域，涪城一号实现毫米级形变监测精度，标志着国产卫星进入定量遥感新阶段。行业将向多频段协同方向发展，航天宏图规划X/C双频星座，中科卫星推进多频段AIRSAT计划。重访能力持续优化，Capella Space星座建成后重访周期将缩短至30分钟，国内企业重点突破中倾角轨道组网技术。值得关注的是，SAR与光学载荷融合成为新趋势，泰景四号03星已实现光学/SAR同步成像。
