航天科技成果為雪龍號南極科考提供導航保障
航天科技成果為雪龍號南極科考提供導航保障

文章來源:中國航天科技集團公司 發布時間:2014-02-14
2月8日,中國第30次南極科考隊乘坐雪龍號抵達南極半島海域的作業站點,收回重達200公斤的考察設備CTD。這次雪龍號的探險可謂是一次“奇幻漂流”:從起初的順利起航到收回CTD,期間經歷了馳援俄羅斯受困船只、被困密集浮冰區、成功突圍、完成補給和接新隊員上船任務后繼續南極之旅等環節。這一系列驚心動魄背后,中國遙感衛星拍攝到的多張高分辨率圖像,為雪龍號航行路線設計,提供了重要的導航數據支撐。
危難之中 支撐突圍方案
1月2日,雪龍號在澳大利亞南極光號極地考察破冰船配合下,成功營救在南極遇險的俄羅斯籍紹卡利斯基院士號客船上的52名乘客。在雪龍號船準備撤離浮冰區繼續執行后續考察任務時,所在地區浮冰范圍迅速擴大,厚達三四米的浮冰在東風和東南風裹挾下將雪龍號圍困,造成雪龍號及船上101名人員被困。
在被困的幾天中,冰山曾與雪龍號擦肩而過,脫困成為雪龍號的首要任務,而突圍路線的設計則必須依靠衛星影像對雪龍號周邊冰情的及時反饋。為此,北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院副院長程曉教授和惠鳳鳴博士夜以繼日地收集國內外衛星影像,并對影像數據進行分析,尋找雪龍號脫困方案。
南極自然環境惡劣,冰層和天氣變化大,路徑導航設計對衛星的空間定位精度、圖像質量和時效性等都提出較高的要求,由中國航天科技集團公司研制的遙感衛星剛好滿足要求。
“我們通過對遙感衛星拍攝到的1月3日與5日的高分辨率影像進行對比,分析出海冰外緣線的變化、冰山移動的軌跡和浮冰的變動情況。”惠鳳鳴說,他們發現雪龍號周邊冰的外緣線在縮減,正東方向9公里至邊緣的海冰內部出現了大大小小上千個小水塘,且東南方向出現了一條由小水塘連成的“黑線”。這表明在潮汐和洋流的影響下,東側海冰密集度已經發生了顯著的變化。他們對此感到欣喜萬分,因為雪龍號脫險的時機到了。
西風帶來的“天時地利”,更是為雪龍號脫困提供了有利條件。1月6日晚,雪龍號所在海域風向由東風轉為了西風,且隨著風力的逐漸加大,雪龍號四周浮冰開始被吹散、東移,邊緣浮冰漸呈融化之態。遠在北京的研究人員在綜合分析衛星數據的基礎上,提出雪龍號向東南方向突圍的方案。該路線不僅距離海水區域近,且存在著天然的冰層裂隙,十分有利于雪龍號脫困。
按照突圍方案行駛,1月7日傍晚,雪龍號終于駛入一條水道,成功突破浮冰的圍困。
科考途中 助力路徑規劃
其實,作為雪龍號的眼睛,中國衛星不僅在此次脫困中發揮著不可替代的作用。在雪龍號進入中山站時,環境衛星傳回的圖像就曾為雪龍號的科考路線設計提供過數據支持。
根據環境一號B衛星等發回的數據,研究人員對南極冰層裂隙進行了分析,在此基礎上為雪龍號的科考路線設計了14個定位點。后來,雪龍號基本沿著這些定位點行進,順利抵達中國南極中山站外陸緣冰地帶,比預期到達時間提前了4天。
2013年12月18日,雪龍號船長王建忠給程曉和惠鳳鳴發來感謝郵件:“這次我們能在百年不遇的普里茲灣嚴重冰情的環境下,按計劃完成了所有內陸和中山站的物資卸運工作,與你們及時提供詳細的高分辨率衛星冰情和詳細的雪龍船行進路線分不開。我們進來時幾乎全部按照你們的建議路線才能提早4天到達中山站外緣。”
航天成果在科考中扮演的角色正在變得越來越重要。早在中國南極昆侖站建站過程中,研究人員就曾利用北京一號和資源衛星的衛星圖像規劃路徑。在這次科考中,中國衛星更是表現給力。
極地的天氣變化非常快,海冰的分布和形態變動也非常迅速,所以無論是為雪龍號設計科考路線還是脫困路線,衛星圖像的時效性都十分重要。受制于國內衛星數據信息使用的程序化,在過去的科考中,技術人員多利用國外的衛星資料。
“在科考項目中,不受天氣影響的雷達衛星是首選。”惠鳳鳴表示,國外的衛星圖像價格比較昂貴,且溝通聯系不方便,而中國的衛星圖像資源并不比國外的差,且具有價格優勢,內部溝通協調也很方便。為此,他希望今后能更多地利用中國衛星圖像資源助力科考。