核心提示 在此次馬航客機搜救事件中，世界各國動用了大量衛星搜索客機可能墜落的海域，雖然發現了很多“疑似”殘骸，但最終都沒有被確認。 如果人類擁有一個可以全天候監視全球的衛星系統，那么mh370 的每一步蹤跡都將難逃天眼。推而廣之，這樣的衛星系統還可以監視更多自然過程和人類活動。那么，這樣的系統有可能建設成嗎？人類需要一個持續監視地球的衛星系統嗎？ 從理論上講，擁有一個全球“ 現場直播”的星座，也就是所謂的全球實時監視星座，就能滿足所有人的需求了。這里的“星座”是指多顆衛星以特定的幾何關系成組，并在軌道上運行而形成的一個系統。隨著技術的發展，微小衛星或許能為人類提供實時監視地球的能力。
圖為國際空間站機械臂附加的小衛星釋放裝置部署微小衛星示意圖 分辨率的取舍 眾所周知，分辨率是對地觀測星座最重要的指標之一。按照直線式的思維方式，分辨率似乎越高越好。然而，對于不同的應用，分辨率問題也有不同的需求。 例如，對于農林、水體和生態遙感來說，分辨率在10米左右的圖像已經夠用；氣象監視的分辨率保持在千米級別即可。但對于城市土地利用、工程勘測、災害監測來說，米級或者亞米級的分辨率才能有效發揮作用。要監視完整的民航機，米級的分辨率就夠用了；但如果是為了尋找客機殘骸，必須要得到亞米級的圖像。 分辨率的取舍將決定一系列的系統設計問題，包括相機的設計、軌道的選擇、數據處理與分發的能力。 全球實時覆蓋的需求 一般情況下，對地觀測衛星都運行在低軌道，它們會在目標上空一掠而過。對地觀測衛星對同一個地物的持續拍攝時間不超過10分鐘。如何才能持續不斷地監視一個目標？ 方法有兩個：一是部署地球靜止軌道遙感衛星，由于它和地面保持相對靜止，因此可以像導彈預警衛星那樣凝視某個地區。 目前，美國和歐洲都啟動了地球靜止軌道遙感衛星計劃。其中，歐洲空客公司提出的方案據說能達到3米的分辨率，對監視對象可以實現“現場直播”。但靜止軌道距離地球太遙遠了，衛星和相機的研制難度都很大，即使攜帶大型相機，也很難達到亞米級分辨率。 另一種方法是部署足夠多的低軌道衛星，讓任何地點的上空隔一段時間就有一顆衛星飛過。這其實就是美國“未來成像結構”項目的思路，即部署一個24顆衛星的星座。但地球任何時刻都有一半處在黑夜當中，可見光相機無法在黑暗中有效拍攝。要解決這個問題，就必須同時部署一個合成孔徑雷達星座。這是美國“天基雷達”項目的設想，美國防部計劃用8～10顆雷達衛星覆蓋全球。 微小衛星的機會 最終，“未來成像結構”和“天基雷達”兩個項目都因經費、技術等問題下馬了，連美國都做不到的事情，其他國家有可能做到嗎？ 事物總是在不斷發展的。最近幾年，隨著微小衛星和光學、雷達技術的發展，困擾這兩個項目的很多技術問題已經解決。現在，如果對分辨率不做過高要求，建設多星全球監視星座已經不再是“癡人說夢”。 例如，美國的天空盒子公司計劃發射12～24 顆小衛星組成星座，每顆衛星只有小冰箱那么大，制造和發射成本只有5000萬美元，分辨率可以達到1米，每8小時就可以重訪同一個目標。 雖然8小時的重訪周期還是不足以監視飛行中的客機，但讓人們看到了它的潛力：如果國家級的災害監視機構出資，發射更多衛星、實現更高的重訪頻率，甚至實時重訪，將是完全有可能做到的。 地面上的配合 天上有星，只是實時監視的一方面，地面處理則是另一個關鍵。衛星拍下來的圖像，必須有接收、有存儲、有處理、有判讀、有分發，這些方面的工程量比發射衛星一點都不少。 如果真的建立起一個2米以上分辨率的全球監視星座，那么衛星發送回來的數據量會比現在所有高分辨率遙感衛星加在一起都多得多。屆時，更大的問題將在于處理。 衛星發回來的只是原始數據，必須用計算機處理才能成為整幅圖像。傳統衛星遙感是不要求實時處理出圖的，但實時監控就要求立刻把圖像處理出來，這就要求處理速度要跟得上衛星拍攝的速度。 最后，判讀可能是終極的技術問題。在此次馬航mh370客機搜救中，美國數字全球公司制作了專題影像圖向全世界開放，請所有網民幫助尋找殘骸，這說明人類目前的計算機自動識別技術還不能充分滿足全球監視的要求。 全球星座拍攝到的圖像浩如煙海，靠人眼來識別，無論速度還是準確率都無法保證滿足。按照美國軍方的經驗，培養一個合格的判讀員需要8年以上。有多少網民具備這樣的素質呢？因此，必須靠計算機自動識別來解決問題。 編輯點評 以上提出的所有問題，最終都要歸結到系統的建設成本與技術瓶頸上，這些問題曾讓美國國防部兩次放棄了全球監視星座的計劃。 但技術進步和產業發展正在使成本不斷降低，全球有關國家合力建設一個用于減災和救援的實時監視星座，這種前景還是有可能實現的。 值得注意的是，有朝一日如果真的建成一個這樣的星座，如何充分、公允的應用將會是各國需要商討的。同時，還要確保不被用“偏”了。（俞盈帆/文 郭牧/制圖） |
[版權中國空間技術研究院擁有，轉載請注明出處]
