核心提示

在此次馬航客機(jī)搜救事件中，世界各國動用了大量衛(wèi)星搜索客機(jī)可能墜落的海域，雖然發(fā)現(xiàn)了很多“疑似”殘骸，但最終都沒有被確認(rèn)。

如果人類擁有一個可以全天候監(jiān)視全球的衛(wèi)星系統(tǒng)，那么mh370 的每一步蹤跡都將難逃天眼。推而廣之，這樣的衛(wèi)星系統(tǒng)還可以監(jiān)視更多自然過程和人類活動。那么，這樣的系統(tǒng)有可能建設(shè)成嗎？人類需要一個持續(xù)監(jiān)視地球的衛(wèi)星系統(tǒng)嗎？

從理論上講，擁有一個全球“ 現(xiàn)場直播”的星座，也就是所謂的全球?qū)崟r監(jiān)視星座，就能滿足所有人的需求了。這里的“星座”是指多顆衛(wèi)星以特定的幾何關(guān)系成組，并在軌道上運(yùn)行而形成的一個系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，微小衛(wèi)星或許能為人類提供實(shí)時監(jiān)視地球的能力。

圖為國際空間站機(jī)械臂附加的小衛(wèi)星釋放裝置部署微小衛(wèi)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(biāo)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(yīng)用，分辨率問題也有不同的需求。

例如，對于農(nóng)林、水體和生態(tài)遙感來說，分辨率在10米左右的圖像已經(jīng)夠用；氣象監(jiān)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(zāi)害監(jiān)測來說，米級或者亞米級的分辨率才能有效發(fā)揮作用。要監(jiān)視完整的民航機(jī)，米級的分辨率就夠用了；但如果是為了尋找客機(jī)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(tǒng)設(shè)計問題，包括相機(jī)的設(shè)計、軌道的選擇、數(shù)據(jù)處理與分發(fā)的能力。

全球?qū)崟r覆蓋的需求

一般情況下，對地觀測衛(wèi)星都運(yùn)行在低軌道，它們會在目標(biāo)上空一掠而過。對地觀測衛(wèi)星對同一個地物的持續(xù)拍攝時間不超過10分鐘。如何才能持續(xù)不斷地監(jiān)視一個目標(biāo)？

方法有兩個：一是部署地球靜止軌道遙感衛(wèi)星，由于它和地面保持相對靜止，因此可以像導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星那樣凝視某個地區(qū)。

目前，美國和歐洲都啟動了地球靜止軌道遙感衛(wèi)星計劃。其中，歐洲空客公司提出的方案據(jù)說能達(dá)到3米的分辨率，對監(jiān)視對象可以實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場直播”。但靜止軌道距離地球太遙遠(yuǎn)了，衛(wèi)星和相機(jī)的研制難度都很大，即使攜帶大型相機(jī)，也很難達(dá)到亞米級分辨率。

另一種方法是部署足夠多的低軌道衛(wèi)星，讓任何地點(diǎn)的上空隔一段時間就有一顆衛(wèi)星飛過。這其實(shí)就是美國“未來成像結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目的思路，即部署一個24顆衛(wèi)星的星座。但地球任何時刻都有一半處在黑夜當(dāng)中，可見光相機(jī)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(dá)星座。這是美國“天基雷達(dá)”項(xiàng)目的設(shè)想，美國防部計劃用8～10顆雷達(dá)衛(wèi)星覆蓋全球。

微小衛(wèi)星的機(jī)會

最終，“未來成像結(jié)構(gòu)”和“天基雷達(dá)”兩個項(xiàng)目都因經(jīng)費(fèi)、技術(shù)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(fā)展的。最近幾年，隨著微小衛(wèi)星和光學(xué)、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，困擾這兩個項(xiàng)目的很多技術(shù)問題已經(jīng)解決。現(xiàn)在，如果對分辨率不做過高要求，建設(shè)多星全球監(jiān)視星座已經(jīng)不再是“癡人說夢”。

例如，美國的天空盒子公司計劃發(fā)射12～24 顆小衛(wèi)星組成星座，每顆衛(wèi)星只有小冰箱那么大，制造和發(fā)射成本只有5000萬美元，分辨率可以達(dá)到1米，每8小時就可以重訪同一個目標(biāo)。

雖然8小時的重訪周期還是不足以監(jiān)視飛行中的客機(jī)，但讓人們看到了它的潛力：如果國家級的災(zāi)害監(jiān)視機(jī)構(gòu)出資，發(fā)射更多衛(wèi)星、實(shí)現(xiàn)更高的重訪頻率，甚至實(shí)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(shí)時監(jiān)視的一方面，地面處理則是另一個關(guān)鍵。衛(wèi)星拍下來的圖像，必須有接收、有存儲、有處理、有判讀、有分發(fā)，這些方面的工程量比發(fā)射衛(wèi)星一點(diǎn)都不少。

如果真的建立起一個2米以上分辨率的全球監(jiān)視星座，那么衛(wèi)星發(fā)送回來的數(shù)據(jù)量會比現(xiàn)在所有高分辨率遙感衛(wèi)星加在一起都多得多。屆時，更大的問題將在于處理。

衛(wèi)星發(fā)回來的只是原始數(shù)據(jù)，必須用計算機(jī)處理才能成為整幅圖像。傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感是不要求實(shí)時處理出圖的，但實(shí)時監(jiān)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(wèi)星拍攝的速度。

最后，判讀可能是終極的技術(shù)問題。在此次馬航mh370客機(jī)搜救中，美國數(shù)字全球公司制作了專題影像圖向全世界開放，請所有網(wǎng)民幫助尋找殘骸，這說明人類目前的計算機(jī)自動識別技術(shù)還不能充分滿足全球監(jiān)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(zhǔn)確率都無法保證滿足。按照美國軍方的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)一個合格的判讀員需要8年以上。有多少網(wǎng)民具備這樣的素質(zhì)呢？因此，必須靠計算機(jī)自動識別來解決問題。

編輯點(diǎn)評

以上提出的所有問題，最終都要?dú)w結(jié)到系統(tǒng)的建設(shè)成本與技術(shù)瓶頸上，這些問題曾讓美國國防部兩次放棄了全球監(jiān)視星座的計劃。

但技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在使成本不斷降低，全球有關(guān)國家合力建設(shè)一個用于減災(zāi)和救援的實(shí)時監(jiān)視星座，這種前景還是有可能實(shí)現(xiàn)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(yīng)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）