2024-11-29
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據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道稱,SpaceX正在為美國(guó)國(guó)家偵察局(NRO)打造一個(gè)至少由100多顆間諜衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群,用來(lái)監(jiān)視全球目標(biāo)。
該項(xiàng)目被稱為“星盾”計(jì)劃,具體而言,美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建造、發(fā)射、運(yùn)行偵察衛(wèi)星的機(jī)構(gòu)——國(guó)家偵察局(NRO)計(jì)劃利用SpaceX公司的技術(shù),打造一個(gè)龐大的間諜衛(wèi)星群,以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球目標(biāo)的監(jiān)視。
“星盾”計(jì)劃是SpaceX公司在其“星鏈”計(jì)劃的基礎(chǔ)上,為美國(guó)國(guó)家安全機(jī)構(gòu)和五角大樓提供的專用衛(wèi)星通信、偵察和導(dǎo)航服務(wù)。該計(jì)劃的推出標(biāo)志著SpaceX正式成為美國(guó)國(guó)防承包商,旨在從根本上提升美軍的通信偵察、空間態(tài)勢(shì)感知和天基防御打擊能力。
從2020年開(kāi)始,SpaceX公司發(fā)射了多顆原型機(jī)和不同有效載荷的在軌衛(wèi)星,用于測(cè)試和優(yōu)化“星盾”系統(tǒng)的性能。“星盾”系統(tǒng)基于“星鏈”的技術(shù)和生產(chǎn)線,并與“星鏈”通信兼容。同時(shí),“星盾”衛(wèi)星的尺寸更大,噸位在1噸以上,能夠搭載尺寸更大、質(zhì)量更重的軍用級(jí)別載荷。
“星盾”系統(tǒng)的總規(guī)模將達(dá)到4.2萬(wàn)顆衛(wèi)星,自2020年底以來(lái),SpaceX已經(jīng)發(fā)射了多次“星盾”衛(wèi)星任務(wù),總計(jì)發(fā)射了約90-100顆衛(wèi)星。這些衛(wèi)星部署在近地軌道上,能夠提供快速、穩(wěn)定的地球成像服務(wù),并支持美國(guó)及其盟友的軍事行動(dòng),而“星盾”衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)于2024年5月從NROL-146衛(wèi)星開(kāi)始投入運(yùn)行。然而,不能排除“星盾”網(wǎng)絡(luò)中的一些原型和現(xiàn)有衛(wèi)星已經(jīng)投入運(yùn)行并投入戰(zhàn)斗模式。
美國(guó)“星盾”計(jì)劃的衛(wèi)星主要通過(guò)在近地軌道部署超過(guò)1.5萬(wàn)顆衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能,這些衛(wèi)星具備通信、導(dǎo)航、遙感等基礎(chǔ)功能,并支持?jǐn)?shù)據(jù)加密傳輸和戰(zhàn)場(chǎng)信息感知等多項(xiàng)服務(wù),構(gòu)建跨軌道通信能力,其具體又是如何工作的呢?
“星盾”計(jì)劃利用強(qiáng)大的衛(wèi)星總線,支持客戶定制的有效載荷任務(wù)。它提供一個(gè)通用化的低軌衛(wèi)星平臺(tái),并采取通用化的電源和數(shù)據(jù)加密手段,這些衛(wèi)星能夠集成各種有效載荷,如可見(jiàn)光、射頻(radio-frequency,RF)、合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)等多種遙感載荷模塊,以及通信模塊等,以滿足用戶不同的任務(wù)需求。
在數(shù)據(jù)加密與通信方面,“星盾”衛(wèi)星在數(shù)據(jù)加密方面采用了比商業(yè)“星鏈”服務(wù)更高級(jí)別的加密系統(tǒng),以確保機(jī)密有效載荷的安全處理和數(shù)據(jù)傳輸。這些衛(wèi)星通過(guò)星間激光通信終端實(shí)現(xiàn)與其他衛(wèi)星或用戶設(shè)備的通信,該終端是目前唯一在軌道上大規(guī)模運(yùn)行的通信激光器,它可以集成到合作衛(wèi)星上,從而并入“星盾”網(wǎng)絡(luò)。這種通信方式不僅提供了高速、穩(wěn)定的通信服務(wù),還增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾和生存能力。
在大眾關(guān)注的監(jiān)測(cè)應(yīng)用上,“星盾”衛(wèi)星可通過(guò)搭載先進(jìn)的傳感器,利用軌道低、重訪周期短,且星間互連互通的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)近乎全天候不間斷的偵察和監(jiān)視。這些傳感器能夠獲取地球表面的高分辨率圖像和數(shù)據(jù),用于支持軍事行動(dòng)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、資源勘探等多種應(yīng)用。
通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析,可以辨別目標(biāo)、識(shí)別大中型武器系統(tǒng),有助于強(qiáng)化美軍的“非對(duì)稱”偵察監(jiān)視技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
此外,“星盾”系統(tǒng)可通過(guò)搭載探測(cè)/殺傷載荷,在導(dǎo)彈發(fā)射升空的階段進(jìn)行預(yù)警和攔截。這些衛(wèi)星能夠獲取導(dǎo)彈發(fā)射的信息,并將其及時(shí)傳輸至美軍和盟友的攔截系統(tǒng),從而提高成功攔截導(dǎo)彈的概率。此外,“星鏈”衛(wèi)星還具有對(duì)飛行器的遙測(cè)、跟蹤功能以及自身自主變軌能力,可用于對(duì)洲際彈道導(dǎo)彈實(shí)施直接碰撞式攔截。
衛(wèi)星作為人造天體,按照衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)功能可分為通信衛(wèi)星,遙感衛(wèi)星,導(dǎo)航衛(wèi)星,其中遙感衛(wèi)星主要用于觀測(cè)和監(jiān)測(cè)地球的表面和大氣層,收集有關(guān)地球的地理,氣候,環(huán)境和資源等方面的數(shù)據(jù),這些衛(wèi)星攜帶各種傳感器和儀器,通過(guò)感知地球表面的電磁輻射(如可見(jiàn)光,紅外線,微波等)來(lái)獲取信息;導(dǎo)航衛(wèi)星用于提供定位和導(dǎo)航服務(wù)。
隨著低軌衛(wèi)星通信技術(shù)的快速發(fā)展,低軌通信和遙感單星建設(shè)逐步增多,如美國(guó)“星盾”計(jì)劃設(shè)計(jì)的單星同時(shí)搭載通信、遙感載荷。多星組網(wǎng)是目前探索應(yīng)用最廣的方向。通過(guò)構(gòu)建由不同功能衛(wèi)星組成的空間信息網(wǎng)絡(luò)融合星座,可實(shí)現(xiàn)更加實(shí)時(shí)的通導(dǎo)遙衛(wèi)星協(xié)同組網(wǎng)服務(wù)。
而衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)中葉,經(jīng)歷了從航空攝影到衛(wèi)星遙感的演變。最早的遙感活動(dòng)可以追溯到19世紀(jì)末,當(dāng)時(shí)人們通過(guò)航空攝影進(jìn)行初步的遙感實(shí)踐。然而,真正意義上的衛(wèi)星遙感技術(shù)始于1957年蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)”,這標(biāo)志著人類開(kāi)始利用衛(wèi)星獲取地球信息。
美蘇太空競(jìng)賽對(duì)衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。這場(chǎng)競(jìng)賽始于1957年蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)”,這標(biāo)志著太空競(jìng)賽的開(kāi)始。美國(guó)隨后在1958年發(fā)射了自己的第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號(hào)”,并成立了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA),以加速其太空計(jì)劃。
隨后,美國(guó)在1960年發(fā)射了首顆氣象觀測(cè)衛(wèi)星TIROS-1,這不僅開(kāi)啟了氣象遙感的新時(shí)代,也推動(dòng)了遙感技術(shù)在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。1972年,美國(guó)發(fā)射了Landsat-1衛(wèi)星,這是第一顆專門用于地球觀測(cè)的衛(wèi)星,標(biāo)志著現(xiàn)代遙感技術(shù)的開(kāi)端。
太空競(jìng)賽期間,美蘇兩國(guó)投入大量資源于衛(wèi)星技術(shù)的研發(fā),推動(dòng)了遙感技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展,而遙感技術(shù)在軍事偵察、氣象觀測(cè)、資源管理等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。美國(guó)曾利用偵查衛(wèi)星揭穿了蘇聯(lián)的所謂“導(dǎo)彈優(yōu)勢(shì)”,這使得美國(guó)軍方開(kāi)始重視偵查衛(wèi)星的軍事價(jià)值,并不斷更新?lián)Q代。
此后,遙感技術(shù)逐步進(jìn)入高分辨率時(shí)代,法國(guó)于1986年發(fā)射的SPOT衛(wèi)星和美國(guó)于1999年發(fā)射的IKONOS衛(wèi)星分別開(kāi)啟了高分辨率和商業(yè)高分辨率遙感的新紀(jì)元。
在軍事領(lǐng)域,衛(wèi)星遙感能夠清晰地看到機(jī)場(chǎng)跑道、滑行中的飛機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射架等重要軍事設(shè)施,甚至能夠區(qū)分出坦克和車輛的類型。
而城市地圖作為衛(wèi)星遙感應(yīng)用最廣的領(lǐng)域之一,高分辨率的衛(wèi)星影像(如0.3米分辨率)可以清晰顯示房屋邊緣、道路標(biāo)線以及行人。此外,當(dāng)空間分辨率提高到0.3米時(shí),道路上的斑馬線和小汽車都可以被清晰識(shí)別。
遙感衛(wèi)星通過(guò)搭載傳感器載荷實(shí)現(xiàn)空間成像,隨著技術(shù)的不斷更迭,當(dāng)前遙感衛(wèi)星的有效載荷包括光學(xué)傳感器、雷達(dá)傳感器、激光雷達(dá)、熱紅外傳感器、超光譜傳感器、微波輻射計(jì)、數(shù)據(jù)處理單元等各類傳感器,這些有效載荷共同作用,通過(guò)捕捉和處理電磁波信號(hào),生成高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)。
埃及時(shí)間2021年3月23日上午8時(shí),中國(guó)臺(tái)灣長(zhǎng)榮海運(yùn)集團(tuán)旗下超大型貨輪“長(zhǎng)賜號(hào)”(Ever Given)從紅海北向進(jìn)入蘇伊士運(yùn)河時(shí),疑似遭受瞬間強(qiáng)風(fēng)吹襲,造成船身偏離航道,意外觸底擱淺?!伴L(zhǎng)賜號(hào)”貨輪的擱淺造成運(yùn)河雙向大阻塞,切斷了亞歐大陸間貨物運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃蛸Q(mào)易被暫時(shí)延誤。
在“長(zhǎng)賜號(hào)”擱淺期間,美國(guó)的GeoEye 1、WorldView 2,法國(guó)的Pléiades以及中國(guó)的吉林一號(hào)、海絲一號(hào)等多家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司利用他們的衛(wèi)星對(duì)蘇伊士運(yùn)河進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
這些遙感衛(wèi)星提供了高分辨率的圖像,展示了長(zhǎng)賜號(hào)在蘇伊士運(yùn)河中的位置、周圍的拖船和其他船只的活動(dòng)情況,以及運(yùn)河的交通狀況,遙感衛(wèi)星提供的圖像數(shù)據(jù)不僅展示了長(zhǎng)賜號(hào)的位置和狀態(tài),還揭示了運(yùn)河的水位、水流等環(huán)境因素。這些信息對(duì)于評(píng)估救援難度、選擇合適的救援方法至關(guān)重要。
“長(zhǎng)賜號(hào)”(Ever Given)擱淺事件還只是遙感衛(wèi)星應(yīng)用的冰山一角,伴隨智慧城市、高精度電子地圖、國(guó)土資源監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的需求持續(xù)增加,且衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景范圍亦日益開(kāi)拓。
在具體應(yīng)用方面,實(shí)時(shí)遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃、災(zāi)害評(píng)估、軍事目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,實(shí)時(shí)遙感技術(shù)能夠?qū)r(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),幫助農(nóng)民及時(shí)采取措施以提高產(chǎn)量。在城市規(guī)劃中,實(shí)時(shí)遙感技術(shù)可以用于監(jiān)測(cè)城市地面沉降和建筑物變形,為城市安全提供保障。
此外,實(shí)時(shí)遙感技術(shù)還在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用,通過(guò)無(wú)人機(jī)快速獲取災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)影像,實(shí)時(shí)匹配生成正射產(chǎn)品,提供災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)三維實(shí)時(shí)展示和目標(biāo)變化檢測(cè)。
中國(guó)遙感衛(wèi)星從無(wú)到有的發(fā)展歷程是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)與突破的壯麗篇章,它凝聚了無(wú)數(shù)科研人員的智慧與汗水,見(jiàn)證了中國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展。
新中國(guó)成立后,錢學(xué)森、趙九章等“兩彈一星”元?jiǎng)讕ьI(lǐng)中國(guó)的火箭、導(dǎo)彈及后來(lái)的航天技術(shù)研發(fā)活動(dòng),為中國(guó)遙感衛(wèi)星的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1957年,中國(guó)空間探測(cè)研究起步于國(guó)際地球物理年,為籌備人造衛(wèi)星工程,中國(guó)科學(xué)院成立了由錢學(xué)森任組長(zhǎng)、趙九章任副組長(zhǎng)的581組,提出發(fā)展人造衛(wèi)星的規(guī)劃設(shè)想和實(shí)施技術(shù)途徑。1966年,中央批準(zhǔn)在中國(guó)科學(xué)院成立衛(wèi)星設(shè)計(jì)院(651設(shè)計(jì)院),趙九章任院長(zhǎng),先后研制成功T-7、和平二號(hào)及和平六號(hào)火箭開(kāi)展空間物理研究。
而我國(guó)對(duì)遙感衛(wèi)星的初步探索始于1976年,中國(guó)科學(xué)院部署了“兩星一站”任務(wù)(天文衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星地面站),雖然天文衛(wèi)星研制中斷,但遙感衛(wèi)星地面站按計(jì)劃建成。
進(jìn)入21世紀(jì),隨著高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(高分專項(xiàng))、《陸海觀測(cè)衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃(2011~2020年)》(陸海衛(wèi)星規(guī)劃)和《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2015~2025年)》(空基規(guī)劃)的全面實(shí)施,中國(guó)衛(wèi)星遙感技術(shù)突飛猛進(jìn)。
中國(guó)陸地遙感衛(wèi)星技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從單一光學(xué)傳感器向多類傳感器、從單系列向多系列遙感衛(wèi)星、從中分辨率向高中分辨率結(jié)合的轉(zhuǎn)變。
近年來(lái),中國(guó)在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,成功發(fā)射了多顆具有高分辨率的光學(xué)和雷達(dá)遙感衛(wèi)星,如“高分”系列衛(wèi)星,這些衛(wèi)星能夠提供厘米級(jí)的定位精度和亞米級(jí)的影像分辨率。此外,中國(guó)已經(jīng)建立了包括資源系列、環(huán)境系列和高分系列在內(nèi)的多個(gè)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。
中國(guó)的遙感衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)從初期的試驗(yàn)性應(yīng)用階段發(fā)展到如今的高精度、高分辨率和高效率的實(shí)用化階段。
目前,中國(guó)光學(xué)遙感衛(wèi)星的分辨率已突破0.5米,能夠清晰分辨約0.5米的物體,滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全需求。此外,中國(guó)還成功構(gòu)建了涵蓋可見(jiàn)光、高光譜、雷達(dá)、激光等多載荷要素的遙感衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)全球接收與服務(wù)能力。
而我國(guó)當(dāng)下已經(jīng)擁有了龐大的在軌遙感衛(wèi)星家族,除人們較為熟悉的我國(guó)最大商用遙感衛(wèi)星星座“吉林一號(hào)”外,高分系列包括高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分三號(hào)、高分四號(hào)、高分五號(hào)、高分六號(hào)、高分七號(hào)等衛(wèi)星,這些衛(wèi)星具備從光學(xué)到雷達(dá)的多種觀測(cè)能力,能夠提供高分辨率的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)。資源系列則有資源一號(hào)02C星、資源三號(hào)系列衛(wèi)星等,主要用于國(guó)土資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)。
在國(guó)防和軍事領(lǐng)域,主要是尖兵系列和前哨系列在護(hù)衛(wèi),尖兵系列衛(wèi)星是中國(guó)研制的返回式遙感衛(wèi)星,主要用于國(guó)土資源普查、攝影測(cè)繪、照相詳查等任務(wù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,尖兵系列衛(wèi)星也在不斷發(fā)展。近年來(lái),光電成像數(shù)據(jù)傳輸型遙感衛(wèi)星逐漸成為主流,能夠顯著提高情報(bào)的實(shí)時(shí)性,延長(zhǎng)衛(wèi)星的工作壽命。尖兵三號(hào)、尖兵六號(hào)等新型衛(wèi)星的發(fā)射,標(biāo)志著中國(guó)航天遙感事業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。
而前哨系列衛(wèi)星是中國(guó)研制的天基紅外預(yù)警衛(wèi)星,主要用于彈道導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)戰(zhàn)略預(yù)警任務(wù)。該系列衛(wèi)星的部署,顯著提高了中國(guó)的國(guó)防安全水平。
總體而言,科技發(fā)展及日益增強(qiáng)的太空經(jīng)濟(jì)活動(dòng)需求刺激中國(guó)航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,航天產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍日趨廣泛,僅依靠國(guó)家投入難以承擔(dān)快速增長(zhǎng)的太空經(jīng)濟(jì)活動(dòng)需求及航天科技的創(chuàng)新,礦物分析、林業(yè)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)駕駛等商業(yè)領(lǐng)域的落地,將成為遙感衛(wèi)星成長(zhǎng)不可或缺的一環(huán)。
壹零社:用圖文、視頻記錄科技互聯(lián)網(wǎng)新鮮事、電商生活、云計(jì)算、ICT領(lǐng)域、消費(fèi)電子,商業(yè)故事?!吨袊?guó)知網(wǎng)》每周全文收錄;中國(guó)科技報(bào)刊100強(qiáng);2021年微博百萬(wàn)粉絲俱樂(lè)部成員;2022年抖音優(yōu)質(zhì)科技內(nèi)容創(chuàng)作者