□作者: 龐之浩
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世界上第一顆資源衛星是美國于1972年7月23日成功發射的陸地衛星一號。現在運行的有美國“陸地衛星”、法國“斯波特衛星”、加拿大“雷達衛星”、印度“遙感衛星”和中國資源一號和二號衛星等多顆資源衛星,以及快鳥二號等小型高分辨率衛星。它們在分辨率、幅寬和波段等方面各有所長,其中載有合成孔徑雷達的衛星能全天候、全天時進行對地觀測。
資源衛星遙感數據廣泛應用于國土普查、地質調查、石油勘探、農業、林業普查與規劃、工程選址與選線、海岸測繪、地形測繪以及災害監測與災情評估等眾多領域。它已成為政府、企業迅速獲取數據、制定合理政策和規劃的技術支撐,並將在構築數字地球、實現信息數字化等方面發揮重要作用。
5.海洋福星
海洋對人類影響是巨大的,但要想對這一佔地球面積70.8%且不斷運動著的水體進行全面、及時的了解,掌握其活動規律,探清其蘊藏的巨大資源,靠一般方法還真不行。就目前來看,海洋衛星是認識海洋真面目的最佳利器。利用它可以經濟地、方便地對大面積海域實現實時、同步、連續的監測,因而被公認是海洋環境監視監測的主要手段。美國于1978年6月27日發射了世界上第一顆以海洋探測為主的海洋衛星一號。
這類衛星一般裝載有合成孔徑雷達、雷達高度計、微波輻射計和紅外輻射計等遙感器。它可根據需要獲取海洋波浪高度、長度和波譜、海洋風速和風向、海洋溫度、海流、環流、海貌和全球水準面等海洋數據,提供全球海洋連續的、全面的、同步的觀測數據,這是其他任何觀測手段都不可能實現的。
海洋衛星又可分為海洋水色衛星、海洋地形衛星和海洋動力環境衛星,它們使海洋研究有了突飛猛進的發展,並誕生了一門新的海洋研究學科——衛星海洋學。
九宵雲外的“偵察兵”
1960年8月18日,美國成功發射了世界第一顆偵察衛星——發現者十四號。偵察衛星現有照相偵察衛星、電子偵察衛星、海洋監視衛星、導彈預警衛星4種,它們利用各種遙感器或無線電接收機等偵察設備收集地面、海洋或空中目標的信息。
1.天眼神星
照相偵察衛星主要用于戰略情報收集、戰術偵察、軍備控制核查和打擊效果評估等目的。這類衛星的軌道高度一般為幾百千米,工作時把目標區的圖像信息記錄在膠片或磁記錄器上,然後通過返回式衛星送回地面,或用無線電傳輸方式實時或延時傳回地面。所以,按獲取圖像的方式分類,照相偵察衛星可分為回收型和傳輸型兩種。
與民用遙感衛星相比,照相偵察衛星最主要的特點是地面分辨率高,目前最高分辨率可達0.1米。因此,按照相偵察能力分類,它又可分為普查型和詳查型兩種,前者分辨率一般為1∼3米;後者分辨率優于1米。
星上的偵察設備主要有可見光相機、紅外相機和雷達等。其中紅外相機可使衛星具有夜間偵察能力;若裝有成像雷達,衛星則能進行全天候、全天時偵察。所以,根據星載遙感器的不同,目前的照相偵察衛星又可分為光學成像偵察衛星和雷達成像偵察衛星兩類。
光學成像偵察衛星有回收型和傳輸型兩種,而雷達成像偵察衛星只有傳輸型。早期的光學照相偵察衛星均是回收型,但現在很少使用了。傳輸型衛星不僅分辨率高,而且在軌時間很長,能實時傳輸信息,因而被廣泛使用。
光學成像偵察衛星最大的缺點是只能在天晴時提供豐富的信息,而在雨天、霧天或多雲時便無能為力了,這時雷達成像偵察衛星就大有用武之地了。雖然其分辨率低于光學成像偵察衛星,但能進行全天候、全天時偵察,並有一定的穿透能力,從而能識別偽裝,發現地下軍事設施。其幅寬也比較大,因此時間分辨率較高,這對全面觀測戰區和偵察全球性軍事動態有重要意義。因此,從目前來看,兩者結合使用是最佳配置,可以相互取長補短。
2.隔雲有耳
被譽為電子耳的電子偵察衛星是用于偵收雷達、通信和遙測等系統所輻射的電磁信號,並測定輻射源地理位置的偵察衛星。衛星偵收到的電磁信號進行預處理後,發送到地面接收站,用于分析電磁信號的各種參數和進行輻射源定位,從中提取出軍事情報。
電子偵察衛星能不受地域或天氣條件的限制,大範圍、連續性地長期監視和跟蹤敵方雷達、通信等系統的傳輸信號,從而可及時獲得其軍用電子系統的性質、位置和活動情況以及新武器試驗和裝備信息,了解敵方軍隊的調動、部署及戰略意圖。
利用電子偵察測定敵方雷達等輻射源位置的方法主要有兩種︰單星定位法和多星定位法。使用單星定位法時,既可通過測定衛星-輻射源聯線與衛星-地心聯線的夾角來實現定位;也可利用衛星在兩個不同位置上測定輻射源的方向,然後交叉進行定位。使用多星定位時,一般需要3∼4顆衛星,先測定輻射源的電磁信號到達兩顆衛星的時差,算出輻射源至兩顆衛星的距離差,這樣就可以建立一個以兩顆衛星所在位置為焦點的雙曲面。采用同樣方法,可以建立另一個以兩顆衛星所在位置為焦點的雙曲面。然後,根據這兩個曲面與地球表面的交線,就能確定輻射源的位置了。與單星定位法相比,多星定位適用于大面積地區的監視。
3.太空哨兵
導彈預警衛星是一種監視、發現和跟蹤敵方彈道導彈而早期報警的遙感類偵察衛星,美、俄均有。它不受地球曲率的限制,居高臨下,覆蓋範圍廣,在外層空間監視區域大,不易受干擾,受攻擊的機會少,提供的預警時間最長,因而是目前預警技術發展的重點。
它運行在距地球3∼4萬千米的高軌道,若沿赤道120°間隔放置3顆衛星,則地球低緯度地區的任何地方都可置于預警衛星的監視之下。目前只有美、俄擁有這種衛星。
其主要任務是探測洲際導彈和火箭的發射。星上載有紅外掃描探測器、星球探測器和紫外跟蹤探測器等,其中紅外掃描探測器通過探測洲際導彈和火箭的動力燃燒段來確定發射及其航向。由于洲際導彈和火箭的動力燃燒段時間較長,因而星載探測器有足夠時間來完成上述工作。但在實際應用過程中,只要配合適當的支持系統,目前的導彈預警衛星對那些動力燃燒段時間較短的戰術導彈也有一定的探測與預警能力。美國現正在研制可同時預警戰略和戰術導彈的“天基紅外系統”導彈預警衛星,以逐步取代現役的“國防支援計劃”衛星。
4.海洋密探
集電子偵察、成像偵察、對艦船等運動目標定位于一身的海洋監視衛星,是探測、跟蹤、定位、識別和監視海上艦艇的“大腕”(包括探測水下核潛艇)。此外,它還能跟蹤和監視低空飛行的巡航導彈,為己方艦船的安全航行提供海面狀況等海洋數據。
盡管同樣是監視雷達信號和無線電通信,但以監視海洋為目標的海洋監視衛星與以監視陸地為目標的電子偵察衛星還是有以下差別︰海洋監視衛星具有戰術偵察性質,因為海上目標經常是運動的,所以衛星須實時傳輸與分析數據,而電子偵察衛星可實時也可延時傳輸與分析;海洋監視衛星監視的地區佔地表面積大,故衛星軌道均較高,以便覆蓋更大面積,而電子偵察衛星的軌道較低;海洋監視衛星的工作方式有主動型和被動型兩種,而電子偵察衛星主要采用被動型。
主動型海洋監視衛星用星載雷達確定目標的航行位置和航速,並可全天時、全天候提供艦船尺寸甚至類型,即主要負責提供艦船尺寸大小的情報。被動型海洋監視衛星則是用多顆衛星同時截獲艦載雷達信號,從而測定水面艦只的大致位置和形狀,即主要負責提供艦船上電子設備的情況。美國的“白雲”是被動型海洋監視衛星。
超級“指南針”
導航衛星實際上是把無線電導航台放在衛星上,以增加覆蓋範圍,因而能克服地面無線電導航台傳播距離有限的先天不足,並且不受氣象條件的限制,導航精度也比較高。