北京时间2022年1月15日，位于南太平洋岛国汤加王国境内洪阿哈阿帕伊岛海底火山发生猛烈喷发，火山喷发的同时伴有7.6级剧烈地震和海啸，不仅给人类的生命财产带来严重威胁与危害，同时也会对全球气候系统造成一定影响，引发全球关注。
1月16日上午，位于合肥的中国电科38所在接到国家综合地球观测数据共享平台的《关于向汤加提供海啸灾害遥感数据的函》后，第一时间利用“海丝一号”SAR（合成孔径雷达）卫星对火山喷发的重点区域进行应急拍摄，并分别于北京时间1月16日、1月17日，连续两次成功获取汤加王国首都努库阿洛法地区与汤加王国洪阿哈阿帕伊火山地区的灾后SAR卫星影像。这也是全球第一个完成火山喷发灾区拍摄的高分辨率雷达卫星数据。
“海丝一号”有着怎样的火眼金睛？它是如何运用影像和遥感分析观察并记录着地球上的每时每刻的？记者采访了中国电科38所的科研人员，为您揭开它的神秘面纱。
国内首颗1米分辨率C波段SAR遥感卫星
2020年12月22日12时37分，长征八号运载火箭在海南岛文昌卫星发射中心点火升空，成功将中国电科38所和天仪研究院联合研制的国内首颗商业SAR卫星“海丝一号”送入预定轨道，太阳阵和SAR天线在轨展开成功，随后进入在轨测试阶段。
历时1年研制完成的“海丝一号”，具有轻小型、低成本、高分辨率特点。“海丝一号”SAR载荷是中国电科38所瞄准国内商业需求，对标国际先进指标，基于C频段轻量化有源相控阵天线技术和一体化中央电子设备集成技术研制的，整星重量小于185kg，成像分辨率1米的SAR系统。“海丝一号”卫星谐音英文“HI,SEA”，具有“你好，海洋”之意，以我国东南沿海和西北太平洋海域为主要观测对象，可全天候、全天时对陆地、海洋、海岸进行成像观测，为我国海洋环境、灾害监测和土地利用等提供服务。
2020年12月25日23时59分，“海丝一号”SAR载荷首次成像工作即获得有效回波数据，12月27日，完成首批回波数据获取，获得首批多幅高清SAR图像，实现了我国首颗商业SAR卫星的高质量成像，成为国际上首幅C波段小卫星SAR图像，图像信息丰富，涵盖城市、山脉、田地、森林、河流、湖泊、冰川和海岸等典型地貌。
“海丝一号”SAR总师盛磊介绍，卫星入轨一周，先后完成能源及热控状态确认，姿控敏感部件在轨标校，卫星各姿控模式精度确认，数传链路功能确认及SAR载荷的开通测试，星地系统联通测试，至此实现了从成像任务规划、工作指令上传、雷达回波数据获取、下传和地面成像处理的全链路闭环，获得了首批3米分辨率条带模式高清SAR图像。目前，成像区域已覆盖亚洲、北美洲、南美洲、欧洲和南极洲，地貌丰富，后续通过性能测试和数据定标，将逐步为用户提供数据服务。
穿越云雾、不惧黑夜观测地球本领高强
SAR遥感卫星是当前唯一能在黑夜以及云雾条件下对地球表面进行观测的遥感卫星，其穿越云雾和不分昼夜工作的能力，决定了其在各行业应用的重要地位。SAR的全称叫合成孔径雷达，它在太空中不断地向地球发射信号，并从接收到的信号中获取信息。那么合成孔径雷达是什么呢？它就像一台相机，不过它不是一台普通的“相机”。当“海丝一号”扫过特定区域时，它会不断地运动，运动的同时又对某一特定目标进行拍摄，获取一系列的影像。这些影像只是半成品，“海丝一号”还会对这些影像进行数字合成，最终获得高清的遥感影像。
从海丝一号的遥感影像能获得什么？科研人员介绍，人们可能平常只看到海洋美丽的外表，却不知道她性格多变。当她发起脾气时就会兴风作浪，自然灾害和全球气候变化都与海洋息息相关。“海丝一号”卫星不仅用于观测海面的风场、波浪、内波、海冰等信息，也能用于观测台风、风暴潮等自然灾害。科学家们通过这些资料能够更好地了解海洋多变的性格，让我们更好地预测与防范海洋自然灾害。当然，它的工作不止局限于海洋，在陆地上也能大显身手，比如识别洪水区域、监测地表形变等。
在林业方面，SAR卫星数据在大范围森林覆盖变化监测中有巨大应用价值。目前，大多数的森林资源监测依赖光学载荷设备，从30米到小于1米分辨率的光学影像均被使用进行森林资源变化的解译和调查，但由于光学影像涉及较为严重的云层遮挡和多源多时相问题，导致即使在人工智能算法非常完善的当下，也无法产生能够商业化的全自动森林变化监测算法和系统。SAR遥感技术可以解决上述可见光常见的问题，结合目前最新的人工智能技术，能更高效、更准确地为森林资源保驾护航。现在，利用SAR卫星数据不仅可以监测森林面积，而且可以获取垂向信息，进而反演森林高度、森林蓄积量等指标，为有效管理和保护森林、评估森林碳储变化提供科学依据。
指哪拍哪，为应急救灾提供遥感数据支持
运行一年多来，“海丝一号”卫星始终走在应急救灾第一线，为应急救灾和灾后恢复提供SAR遥感数据支持。2021年3月23日起，苏伊士运河“世纪大堵船”给全球经济带来了巨大影响，那么苏伊士运河“世纪大堵船”是一番怎样的情景呢？“海丝一号”卫星从太空中随便一拍，便把苏伊士运河堵船现场拍了个全景。3月25日，“海丝一号”卫星捕捉到还卡在苏伊士运河的“长赐”号。通过新拍摄的雷达卫星影像，可清楚看到该集装箱船是船头东岸搁浅，有数百艘船只在红海和地中海海面上，等待运河疏通恢复通航。
这次汤加火山爆发，“海丝一号”更是在应急救灾上大显身手。火山爆发后，由于互联网和通讯网全部中断，汤加全国失联，为探究灾情影响，海丝一号于北京时间2022年1月16日20时3分对汤加首都努库阿洛法进行观测，发现努库阿洛法基础设施并未受到明显损坏，首都所在的汤加塔布岛北部和南部海岸线未发生明显变化。位于岛屿北海岸的努库阿洛法港塔杆、防波堤、道路、锚地等基础设施完好、有多艘船只停靠。努库阿洛法城市运动场、道路、建筑、植被都均未见明显受损痕迹。北京时间2022年1月17日19时45分，海丝一号对火山口附近区域采集图像，SAR影像显示，300万平方米的洪阿哈阿帕伊岛几乎完全被海水淹没，仅剩岛屿西南部16.5万平方米和东南部2万平方米的火山锥露出海面。
目前，“海丝一号”SAR卫星数据已通过国家综合地球观测数据共享平台提供给联合国亚洲及太平洋经济社会委员会、南太平洋委员会、联合国训练研究所、地球观测组织、新西兰外交贸易部和日本理化学研究所等国际组织，开展灾情实地核查和分析评估。
“以后地球发生自然灾害，我们的卫星可以指哪拍哪，帮助人们实施救援。”科研人员介绍，以苏伊士运河“世纪大堵船”为例，以前这种场景，船只会用三角符号代替。因为以前用的是光学卫星，拍摄效果受云雾影响大，现在“海丝一号”这类雷达卫星不受此影响。因为“海丝一号”是一颗SAR遥感卫星，其雷达特性可以穿透云层，不受夜晚和恶劣观测条件限制，能快速获取全天时、全天候的二维高分辨地球表面雷达图像，第一时间为应急救灾和灾后恢复提供SAR遥感数据支持。