2003年9月27日，英国萨里卫星技术公司制造的3颗小型对地观测卫星由俄罗斯的宇宙3M火箭送入预定轨道，与先期发射的“阿尔及利亚星”(ALSAT)1小卫星共同组成了国际灾害监测星座(DMC)。另一颗属于中国的“中国国际灾害监测星座＋4”(中国 DMC＋4)小卫星也将于2005年5月加入这个国际卫星大家庭。作为第一个专门用于灾害观测并由不同国家协作完成的国际灾害监测星座(图1)，其运作对于人类灾害预防及灾害管理具有划时代的意义。
本文将对小卫星灾害监测的意义、灾害监测星座的设计与操作以及灾害监测星座的价值与特点进行简要的介绍。
小卫星星座对灾害监测的意义
近年来，伴随着“更快、更好、更省”的微型航天器发展理念，小卫星研究在世界范围内蓬勃发展。很多政府、大学、科研机构都建立了自身的小卫星科研项目。当代研制的小卫星已不是上个世纪70年代以前空间探索时代的传统小型卫星，而是新一代基于微电子集成技术的高性能小卫星。相对于传统航天器，它具有集成度高、性能优越、成本低和研发周期短等优点，并且体积、质量小(500kg以下)。按萨里空间中心的标准，小卫星可进一步细分为小型卫星(100～500kg)、微型卫星(10～100kg)、纳型卫星(1～10kg)、皮型卫星(0.1～1kg)和飞型(10－15)卫星(<100g)。
对地观测卫星用于灾害监测由来已久，例如气象卫星长期用于洪水、风暴等气象灾害的监测。近年来，人造卫星技术和微波遥感技术的迅猛发展，为对地观测卫星全方位、高质量地监测国际灾害创造了条件。但由于成本、技术等方面的原因，目前卫星对于灾害监测的支持还远远不能满足实际需要，尤其是对于发展中国家来说，对灾害监测和卫星服务的需求显得更为迫切。全球最大的专业再保险公司德国慕尼黑再保险公司发布的一份年度报告显示，2003年有5万多人被地震、洪水和暴风雪等灾害夺去了生命，而其中大部分在发展中国家。如何为世界各国，尤其是经济基础薄弱的发展中国家提供专业、有效、全天候的卫星灾害服务，是当前急需解决的全球性问题。
建成由低成本低轨道小卫星组成的灾害监测星座，是解决这一问题的理想方案。采用星座设计可大大提高地面监测覆盖率，缩短重访时间。不仅如此，采用低成本小卫星还能使整个国际灾害监测星座的设计成本(不含地球站设备)低于5000万英镑，只相当于一颗普通遥感卫星花费的一半，却能够基本满足灾害监测预报所需的高质量、全天候及重复观测时间短的要求。
灾害监测星座设计与操作
国际灾害监测星座可以说是国际合作项目的典范之作。该星座由英国萨里卫星技术公司倡导，并承担主要的研发生产任务。萨里卫星技术公司坐落在英国萨里空间中心，是一家由萨里大学全资拥有的卫星技术公司，是现代“低成本小卫星”的诞生地。该公司迄今发射了20多颗卫星，其“萨里大学星”(UOSAT)2卫星已在太空中连续运转了20年之久。最近该公司还参与了欧盟的“伽利略”导航卫星计划，负责制造首颗导航试验卫星GSTB－V2A。此外，该公司还参与了欧洲空间局的载人登陆火星计划“曙光计划”，负责设计制造其核心子计划之一——“火星样本返回计划” 中的火星样本采集航天器。
国际灾害监测星座由国际灾害监测星座协会协调、管理。该协会由来自欧洲、亚洲、非洲不同国家的8个组织组成，共同负责国际灾害监测星座的建造及运行。这8个组织分别为英国国家空间中心、萨里卫星技术公司、阿尔及利亚国家空间技术中心、中国科技部、尼日利亚国家空间研究开发中心、土耳其科学技术研究委员会、泰国曼谷技术大学以及越南国家科技中心。迄今，该协会已成功组织过4次会议。由清华大学和英国萨里卫星技术公司合作研制的国际灾害监测星座样星“航天清华一号”已于2000年6月28日发射升空；该星座的第一颗卫星“阿尔及利亚星”1于2002年11月发射升空；“尼日利亚星”1、土耳其的“比尔星”、 英国的“英国DMC”也于2003年9月在俄罗斯的普列谢茨克由宇宙号发射升空。中国的“中国DMC＋4”也计划于2005年春发射。按照计划，中国、泰国、土耳其、阿尔及利亚、尼日利亚和英国都将全权拥有一颗属于自己的卫星，但这并不意味着卫星是孤立运行的，而是通过协会的协调运作，将在最大限度上实现互利合作，并使之运转成为一个星座。一部分处理过的遥感图像还将被无偿捐献给有关机构，用于世界各国的救灾减灾，更好地为人类服务。
该星座将运行于距离地面约686km、倾角98°的太阳同步轨道，这就意味着灾害观测将覆盖两极地区。太阳同步轨道是指卫星轨道的公转方向及其周期与地球公转方向及其周期相同的轨道。这种轨道能保证在圆轨道情况下，卫星每天沿同一方向通过同一纬度地面点，并且太阳光的入射角几乎是固定的，有利于遥感器进行灾害观测。
灾害监测星座的各组成卫星按统一基准设计制造，但彼此间也有细微的差别。标准卫星的设计基于萨里卫星技术公司的模块化小型卫星设计平台“微型卫星”100。该平台适用于总质量在70～130kg的卫星。标准卫星采用三轴稳定控制方式，装有4块硅太阳能电池板，星座轨道站协调系统，包含陀螺仪及反作用轮装置的姿态控制系统，以及具有640km宽地面扫描能力、32m地面分辨率的绿、红、近红外谱带多光谱成像相机。遥感图像存储于1～9GB的固态数据存储器，以8MB/s的速度经S频带下载。“尼日利亚星”1、“阿尔及利亚星”1，“英国－DMC”等都以此标准设计, 只是携带的数据存储器容量略有不同。土耳其的“比尔星”在其标准上有了提高，其多光谱成像相机的地面分辨率提高到了26m，并携带有12m地面分辨率的全色相机。“中国DMC＋4”卫星的性能则更为优越，全色相机的地面分辨率高达4m，同时拥有功能更强的姿态控制系统，能更准确地瞄准目标，并支持X频带。图8是1999年10月28日8时44分由萨里卫星技术公司研制的另一颗卫星“萨里大学星”12对北京的成像，该星具有与“中国DMC＋4”相似的32m多光谱成像能力。
此外，“英国－DMC”还有一个令人惊异的蒸气实验推进系统，并携带了2.6g水作为推进剂。相对于传统的火箭推进而言, 这种“绿色”推进剂无毒、无危险、低成本，单独存在时安全可靠。据萨里空间中心透露，这项蒸气推进系统实验已获成功，并成功得出了水可以作为安全、廉价的航天器推进剂的结论。
国际灾害监测星座
的价值与特点
国际灾害监测星座是世界上第一个专门用于全球灾害监测的卫星星座。它将为几乎所有自然及人为灾害(包括水灾、火灾、地震、火山喷发、山崩、海啸、工业污染、地区冲突甚至恐怖主义事件)提供动态遥感服务。图9是由国际灾害监测星座成员卫星之一“英国－DMC”在发射仅一个月后，成功捕捉到的2003年11月美国加利福利亚海岸森林大火的部分图像。
除了为灾害后的救灾减灾提供遥感服务外，灾害监测星座还可用于灾害前的灾害预测、风险评估及科学研究等。遥感信息将用于地震、火山喷发、水灾、海啸、农业病虫害、水体污染等灾害的预报及研究。国际灾害监测星座的后续计划之一就是发射一颗专职地震预报卫星。灾害监测星座的遥感信息还将积极融入已有的灾害管理信息系统，以满足全球对灾害预测、响应、警报和通信的迫切需求。萨里空间中心还成立了遥感研究组，展开一系列配合国际灾害监测星座的后续项目，包括超分辨遥感图像复原、 海洋研究、火山风险评估、最优化卫星数据请求和灾害数据处理集成等。
相对于其它地球观测卫星(如“环境卫星”和斯波特)，灾害监测星座具有以下特点：
1．地面分辨率高。其它的对地观测卫星受自身条件(如重访时间及分辨率)的限制，只能对某些大范围、渐进性、季节性的灾害(如水灾)进行观测。国际灾害监测星座则由高性能低轨道的小卫星组成，其高地面分辨率可提供更多的灾害细节。小尺度的灾害检测也有可能实现，如大规模恐怖袭击、地区冲突中的大规模人群迁徙等。
2．采用新型相机设计。在不增加卫星质量和星上电能消耗的前提下, 使卫星扫描面积达到600km×600km，相当于已有其它商业卫星能力的10倍。
3．重访率高。由于采用星座设计，国际灾害监测星座能突破重访时间长的限制，可在24小时内重复成像地球上的任意地点(包括赤道地区)。而此前，最好的商业卫星为16天。由于遥感图像的获得由几天减少到几个或十几个小时，可对突发性灾害(如火山喷发、地震等)进行观测。
4．成本低。如前所述，整个卫星星座的设计成本低于5000万英镑，只相当于一颗普通遥感卫星花费的一半，从而使尼日利亚和阿尔及利亚这样的发展中国家第一次拥有了属于自己国家的卫星。
5．国际合作广泛。广泛的国际合作进一步分担了有限的卫星制造和发射费用。通过资源共享，技术互补，并集各国资金与技术之合力，可共同应对日益严峻的自然及人为灾害。
结论
自然及人为灾害每时每刻都在威胁着人民的生命和财产安全，不幸的是目前我们还没有能力阻止灾害的发生，但我们能够通过灾害前的预警、灾时的监控和灾后的抢救、重建，大大降低灾害的损失及给人们带来的伤害。国际灾害监测星座采用最新的卫星遥感技术，提供最优的卫星每日访问性能，利用广泛的国际合作(包括人力物力的合作)，以低廉的价格开发低轨道小卫星星座，用于人类最需要、与人民生命财产最密切的灾害监测。国际灾害监测星座的建成将在很大程度上提高全球对灾害的预报、监测和评估能力，提升灾害管理水平，同时也为其它小卫星星座(如我国在建的“4＋4”灾害和环境监测预报小卫星星座)提供必要的经验及技术支持，从而在浩渺的太空中携手共进，共同为全人类织起一座无形的保护伞。