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第20章 摸准地球的脉搏——地球资源卫星(3)

成像卫星出身平民,由于强大的图像解析能力,常常被征召为侦察卫星,甚至充当间谍卫星。2003年3月20日,“自由伊拉克行动”战争爆发。美国国防部招募美国数字地球公司的2颗“快鸟”卫星。它们参加美军成为侦察卫星,为美军增加了两双高清晰的神眼,展示清晰、准确的战场。

成像卫星的影像分辨率高,光谱频段范围广(从可见光频段到近红外频段),有透视地下的功能,已成为拍摄全球图像的好帮手。

“地球图像”成像卫星

美国是地球资源卫星最好、最多的国家。位于科罗拉多州朗蒙特市的美国数字地球公司与美国鲍尔宇航技术公司,决定制造新一代商业高分辨率成像卫星。2007年9月18日,美国数字地球公司的“地球图像-1”卫星在美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。

“地球图像-1”卫星高3.6米,宽2.5米,太阳能帆板展开后总跨度7.1米,重2200千克,设计寿命7.25年。卫星运行在450千米的太阳同步轨道上,轨道倾角98°,运行周期93.4分钟,平均重访周期1.7天。卫星配备了最先进的精度定位系统,能够提供0.5米分辨率的全色图像和1.8米分辨率的多光谱图像。星载大容量全色成像系统每天能够拍摄多达50万平方千米的图像。卫星具备先进的地理定位精度能力和极佳的响应能力,能够快速瞄准要拍摄的目“地球图像-1”卫星标和有效地进行同轨立体成像。

美国数字地球公司拥有全球最大的商业卫星图像库,收集了超过20多亿平方千米的地面和空中卫星图像。美国数字地球公司是美国国家影像制图局、谷歌地图公司的图像提供商。“地球图像-1”卫星成为当时世界上唯一0.5米高分辨率商用成像卫星。“地球图像-1”卫星每天能收集超过50万平方千米的图像,相当于以前其他卫星一周的收集量。

2009年10月8日,美国数字地球公司发射了具有里程碑意义的第二代“地球图像-2” 卫星。“地球图像-2”卫星高4.3米,宽2.5米,太阳能帆板展开后总跨度7.1米,重2800千克,设计寿命7.25年。卫星运行在770千米的太阳同步轨道上,运行周期100分钟,重访周期1.1天。卫星配备了最先进的精度定位系统,能够提供0.米分辨率的全色图像和1.8米分辨率的多光谱图像,每天能收集超过100万平方千米的高清晰图像,收集图像超过其他商业成像卫星4.5倍。

“指南针”地震观测卫星

2006年5月26日深夜,俄罗斯北方舰队用从“叶卡捷琳堡”号核潜艇上发射的运载火箭,成功将一颗名为“指南针-2”地震观测卫星送入轨道。“指南针-2”卫星,又称“罗盘”,重量只有80千克,就像一只海燕。这只“海燕”飞翔在太空,很灵敏警觉,地上有一点小震动都能感觉得到。

地震是人类最难预测的自然灾害,造成的灾难难以估量。地震预测一直是一个世界性的科学难题。人们发现在多数大地震发生前,震中及其邻区会有大量与电磁波有关的异常现象。地震观测卫星的探测器可以探测大地的电磁变化。因此,它可以观测、预报和评估地震。

苏联是最早利用卫星监测电磁、电离层异常的国家。因为地下核试验产生的强震同样会引起电磁异常。苏联科学家发现可以利用卫星观测核爆炸电磁及探测强地震前的异常现象。地震观测卫星对特定地区上空的电磁波、电离层等离子体特征监测,能发现1毫米的变化,在震前2~48小时作出预报。

“指南针”卫星有一个绝招:监测地震、火山爆发。全球任何一个地方,只要有一定的震动,“指南针”卫星就能立即指定方位,计算辐射和紫外线。“指南针”卫星还有一个绝招:探测潜在的矿物层,如石油、天然气等。“指南针”卫星不仅能起到指南针定位的作用,也是“胜利的预言家”。然而“指针南-2”却没能预言自己。它从潜艇发射升空后,成了“聋子”、默默飞行的“植物人”星。俄罗斯飞控专家花了半年时间才将它唤醒,10天后发回第一批数据。

“斯波特”地球观测卫星

法国“斯波特”地球观测卫星家庭成员众多。前几颗“斯波特”卫星装有两台可以进行侧视的地面分辨率为10~20米的可见光相机,一个专用的遥感器——植被仪,用于估测植物水分,增强对植物的分类识别能力。植被仪遥感器能监测全球农作物和天然植物的生长变化,为估产和研究环境提供数据;还可观测海洋,为海洋生物学、沉积学等科研及渔业等提供数据。它每天完成一次全球覆盖。

2002年5月4日,法国斯波特图像公司的第5颗地球观测卫星——“斯波特-5”号发射。卫星重3085千克,太阳能电池功率2.1千瓦,轨道高度822千米,绕地球时间周期101.4分钟,设计寿命5年。它根据轨道高低,重访周期2~3天,最高分辨率2.5米,最宽视距120千米。“斯波特-5”号能够拍摄光学、雷达卫星影像,特别是能拍摄立体照片,提高图像识别能力。

卫星能挣钱吗?一般人认为卫星只花钱不挣钱。斯波特图像公司的老板从小就对卫星产生了兴趣。他躺在樱桃树之间的吊床上,两眼望着太空:什么方法能从太空挣到钱呢?如果从太空拍摄地球照片,一定比公园里给人拍照赚钱更多。1986年2月,“斯波特-1”号卫星升空,梦想成为现实。“斯波特”卫星与美国“陆地”号卫星开始抢生意,卫星照片卖向全世界,价格不菲。斯波特图像公司的老板晚上做梦都在笑。

战争是灾难,但也是个赚钱的好机会。海湾战争期间,英国、法国、美国、沙特阿拉伯的国防部及美国国防测绘局都出重金向斯波特图像公司定购卫星照片。美击都不会空手而归。战后评估认为:空袭效果很好,成功率90%。不过,到太空赚钱也不容易。斯波特图像公司的老板发现,战争结束后国防部的大客户们就销声匿迹了。到太空做生意还有淡季和旺季。“斯波特-6”号即将发射。它也许将成为一台新的太空印钞机。

“回声波”雷达图像卫星

2007年12月14日,加拿大发射了第二颗雷达图像卫星——“回声波-2”。12月18日,它递送了第一幅高分辨率雷达图像。“回声波-2”雷达图像卫星是目前世界上最先进的商业遥感卫星之一。

“回声波-2”雷达图像卫星重2300千克,雷达天线尺寸为15米×1.米。运行在798千米、倾角 96.8°的太阳同步低轨道上,重访周期24天,轨道周期100.7分钟,每天绕地球飞行14圈,设计寿命7.25年,预计使用寿命可达12年。

“回声波-2”具有多种极化方式,更为灵活。卫星根据指令进行左右视切换获取图像,缩短了重访周期,增加了立体数据的获取能力。卫星具有强大的数据存储加拿大第二颗雷达图像卫星“回声波-2”功能和高精度姿态测量及控制能力。

“回声波-2”雷达图像卫星上的合成孔径雷达,可拍摄高分辨率(3米)的地形图,用于全球环境和自然资源的监测、制图,尤其是在海冰监测、制图、地质勘探、海事监测、救灾减灾和农林资源监测等方面。“回声波”雷达图像卫星还能进行海上监视和军事情报工作,可以说是一个业余的间谍。

“阿里郎”地球观测卫星

这里所说的“阿里郎”不是一个能歌善舞的情郎,而是一颗会侦察的卫星。韩国的这一多用途卫星重800千克,运行在685千米的太阳轨道上。

“阿里郎”系列中的“阿里郎-1”于1999年12月发射。它执行对周边地区的电子地图绘制、海洋观测、宇宙环境观测等任务。“阿里郎-2”于2006年7月28日升空。卫星主要用于地形勘测、地图绘制和自然资源勘探,也可用于监视朝鲜的导弹基地和核试验场。朝鲜的历次导弹和核武器试验都没有逃过“阿里郎”卫星的眼睛。

韩国航空航天研究院是韩国最重要的卫星和航天器研究机构。“阿里郎-5”计划2011年发射,分辨率将提高到0.5~0.8米,达到国际卫星遥感技术的主流水平。2011年后,韩国还将发射分辨率优于0.5米的“阿里郎-5”卫星。韩国计划2015年前在发射8颗“阿里郎”卫星,既有光学成像卫星,也有雷达成像卫星。

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