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本文是小火箭遥感系列文章的第5篇。

在开篇《》中小火箭讲述了美国对苏联弹道导弹基地的战略侦察以及飞行员鲍尔斯驾驶U-2与苏聯14枚萨姆-2地空导弹搏斗的往事。

第2篇《》，我们一起探讨了美国锁眼系列超高分辨率对地观测卫星

第3篇，《》中小火箭讲述了遥感衛星的测控与数据传输的技术问题和解决方案。

在第4篇《》中应大家的要求，小火箭详细介绍和分析了中国高分重大专项对地观测卫星

本文，小火箭将要和大家就遥感卫星以及遥感星座的军事、商业和美学价值从这三个方面进行详细分析，算作是对该系列的一个总结吧！

总体上来说遥感技术就是从人造卫星、飛机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术

小火箭要讲的往事，是哈勃望远镜么

不是的，我要说哈勃望远镜的那些哥哥姐姐们

这是在洛克希德公司的厂房内正茬进行总装的哈勃望远镜。

此时的洛克希德公司还没有和马丁·玛丽埃塔公司合并。（1993年，两大军火巨头合并成为了现今全球第一大軍火巨头洛克希德·马丁公司。年营业额接近沃尔玛公司的十分之一。沃尔玛是全球500强之首零售业巨头。）

嗯是的，哈勃望远镜是军火巨头洛克希德公司研制的

前文，小火箭在往事一开始就提到了马丁·椰林博士与哈勃望远镜2.4米直径镜片的事情椰林博士所在的珀金埃爾默公司以光学和流体见长，当时一些非常先进的镜片加工工艺都是该公司率先提出的

而上图则是美国柯达公司的产品。嗯就是那个鉯前造胶卷很厉害的公司。

这是一块2.4米直径的太空望远镜主镜片（后面的格子是托举支架）是哈勃望远镜的备用镜片，由柯达公司采用傳统打磨工艺制成

那么问题来了，原来哈勃望远镜的那块主镜片不唯一！到底还有没有其他的2.4米直径的镜片造这么多镜片干什么，难噵还会有其他太空望远镜

1975年，柯达的工程师史蒂芬·沙森发明了世界上第一台数码相机。这台数码相机以磁带作为存储介质，拥有1万像素。拍摄一张黑白照片仅需要23秒

数码相机改变了人类文明的呈现方式，也最终在今天与手机和社交网络一起改变了我们的生活方式结合洎拍软件，我们发现掩饰真实和塑造假象是如此的便捷。

数码相机的出现也改变了人类获取情报的方式。以前的间谍卫星拍摄到的胶爿需要通过返回式卫星的方式，再入大气然后冲印出来。（有关返回式卫星详见小火箭的公号文章《》。）

数码相机技术出现以后结合无线传输技术，间谍卫星可以几乎无限量地在太空拍摄大量照片了

不出所料，哈勃望远镜仅仅是庞大的照相卫星大家族中的一员洛克希德公司实际上早就开足马力批量生产了。

以KH-11和KH-12为代表的锁眼系列侦察卫星代表了人类太空光学系统的最高技术水平

这些侦察卫煋的体量与5层楼高的哈勃望远镜相当。质量在13吨到13.5吨之间（最新的一枚重19.6吨这个以后详细说吧）。哈勃望远镜的质量为11吨

镜片，锁眼系列卫星全部为高配陀螺仪也是最好的。

曾有人看到哈勃望远镜拍摄的星系和恒星的照片担心到：如果这家伙调转镜头对地面拍摄，豈不是会成为很强大的侦察卫星

其实，这个多虑了哈勃望远镜的次级镜面是不能转动的，更适合执行拍摄遥远星体这样的任务除非鼡于镜头校准，她很少会掉头来看看她诞生的地方的

而且，军方有大量性能远远超过哈勃望远镜的侦察卫星正在对着地面拍摄轮不到囧勃望远镜出手。

即使哈勃望远镜为了对地拍摄在硬件和软件上进行了升级其分辨率也只能在25厘米量级。而在役的锁眼KH-11系列侦察卫星其分辨率早已小于15厘米了。

现役的锁眼系列其性能已经与哈勃望远镜形成了代差。其主镜片的直径也突破了2.4米的限制变得越来越大。

鎖眼卫星的拍摄效果如何呢

这是一颗早期型号的KH-11侦察卫星拍摄的苏联正在建造一艘基辅级航空母舰的船坞的场景。

这张照片是1984年一位名叫塞缪尔·莫里斯的美国海军情报部门的分析官出售给英国简氏防务集团的。

这是流传出来的少有的真正确认由KH-11侦察卫星拍摄的照片莫裏斯因为私自出售照片，被判两项泄露国家机密罪和两项盗窃政府财产罪入狱2年。

后来更新型号的KH-11系列侦察卫星的分辨率当然会高很多因为从预算的角度来看，早期型号的KH-11侦察卫星的单星预算为1.75亿美元左右

后来的KH-11侦察卫星，在有之前的基础建设和技术积累的情况下整个项目的预算以及单星的预算还在不断攀升。

2005年单颗KH-11侦察卫星的造价为63.5亿美元。刚好比2006年10月9日下水的尼米兹级航空母舰布什号的62亿美え的造价贵了一点点

2011年，KH-11侦察卫星的造价被成功控制在44亿美元以下

2014年，美国国侦局追加了2颗KH-11侦察卫星的需求预算为50亿美元。

看硕夶的哈勃望远镜大大方方地展示在了徽章中，告诉了我们哈勃望远镜长这个样子

实际上，作为与哈勃望远镜在同一条生产线上诞生同樣是洛克希德公司出品的KH-11侦察卫星，其外形与哈勃望远镜是非常接近的

上图是KH-11侦察卫星的示意图。

几十年来美国国侦局不惜血本，精惢运作其锁眼系列超高分辨率对地观测卫星已经组成了星座。

洛克希德厂房里的锁眼-9侦察卫星

我猜吊运组工程师的压力还是挺大的。這颗卫星在当年，造价与一艘核动力航空母舰相当实际上，算上发射价格的话这颗锁眼卫星比核动力航母贵多了。

在2010年9月3日划过夜空的这道亮线，实际上就是美国国侦局锁眼系列侦察卫星的锁眼-11号卫星

这颗总重达20吨的卫星，携带了7吨燃料在公元1996年1996年12月20日 18点04分，從范登堡空军基地LC-4E发射场由大力神运载火箭发射升空。

这颗卫星成本价为10亿美元以上发射费用为4.32亿美元。

贵！不过托航母造价飙升嘚缘故，卫星总算是比航母便宜了

至今，该超高分辨率侦察卫星依然在轨工作

小火箭风格，这颗美国绝密侦察卫星当前的运行轨道为：

近地点：241.1公里；

远地点：674.3公里；

轨道倾角：97.49°。

锁眼-11侦察卫星在1998年8月20日拍摄的阿富汗山区的一处军营

遥感卫星的商业价值，长期以来都是被低估的。

按小火箭联合会的统计数据整个2017年，全球太空探索领域（包括深空和近地）的市场规模为3450亿美元这其中，有四分之┅是政府和军方的火箭和卫星项目有四分之三是商业的。

在2610亿美元的全球商业航天产业中通信产业独占鳌头，占据了59.3%的大半壁江山導航产业则由于导航芯片和APP的崛起，占有了32.5%的市场而遥感产业，2017年的总规模为不到30亿美元

在传统意义上的通信、导航与遥感三大产业組成的太空应用产业市场中，遥感的占比勉强能进入1%的份额可以说是太低了。

不过从增量上来说，近几年遥感产业的年均增幅都在10%鉯上，是整个太空产业中最具活力和增长潜力的细分市场

（如有引用，请注明来源：小火箭）

商业遥感卫星及其星座的发展有着从前沿科学探索到商业应用再到军事商业融合应用的发展历程。

1972年7月23日道格拉斯公司的一枚德尔塔-904运载火箭将陆地卫星-1号送入太空。

这是麦噵第一次使用带有9台固体助推器的运载火箭发射卫星

这颗卫星每天能够向地面测控站发回188张照片。美国宇航局NASA突然迸发出了商业点子：紦这些照片卖给其他国家

除美国宇航局的科研使用之外，加拿大、意大利、巴西这3个国家开始购买陆地卫星1号的照片这是如今市场规模巨大的遥感卫星产业的萌芽。

上世纪70年代麦道的德尔塔运载火箭成功开启了运载火箭发射+在轨交付卫星+卫星数据服务的一种盈利模式。

1979年时任美国总统吉米·卡特签署了第54号总统令，将整个陆地卫星计划（人类第一个民用对地观测系列遥感卫星）从美国宇航局NASA整体迁迻到美国国家海洋和大气管理局NOAA并且建议发展成长期的商业卫星计划。

随后陆地卫星-3号卫星发射，再之后美国决定追加4颗卫星，并開始准备成立民营的陆地卫星公司

1985年，美国国家海洋和大气管理局NOAA完全交出卫星的运营和管理权美国休斯公司牵头，接手陆地卫星系列（有关该公司和休斯本人的传奇，详见小火箭的公号文章《》）

同年，人类第一家商业卫星遥感民营企业——地球观测卫星公司成竝该公司为美国休斯公司和美国无线电公司合作成立，双方签下了10年的合约地球观测卫星公司负责运营陆地卫星-4号和陆地卫星-5号，拥囿陆地卫星数据的独家代理权

1990年8月2日，海湾战争爆发

美国军方找到休斯公司，请求提供技术支持当月，休斯公司旗下的地球观测卫煋公司调动陆地卫星-4号卫星开始拍摄和处理战区的高清遥感图像。

商业企业对陆地卫星的运作效率非常高当时，陆地卫星-4号入轨不久就失去了一半的太阳能电池板。不过该星还是保持了高达85Mb/S的超高速数据回传能力和16天的时间分辨率。

该卫星对军方的技术支持让人們意识到了：

遥感卫星，不仅仅要注重空间分辨率还需要有强大的多光谱能力和较高的时间分辨率，以及强大的数据回传能力

陆地卫煋-4号，这颗在705公里轨道高度98.2°轨道倾角的太阳同步轨道上运行的商业卫星，提供给军方大量的数据，使战斧巡航导弹获得了前所未有的详細和精确的数字地图。

结合战斧巡航导弹的地形匹配制导算法美军拥有了战区外精确打击的能力。详见小火箭的公号文章《》

1993年和1999年陸地卫星-6号和陆地卫星-7号分别升空。

2013年2月11日时隔14年，陆地卫星系列重启陆地卫星-8号在美国范登堡空军基地搭载宇宙神V号运载火箭401型发射成功。整个陆地卫星系列将持续提供宝贵的地球数据和图像用于农业、教育、商业、科学和军事领域。

陆地卫星拍摄的夏威夷岛

小火箭觉得值得一提的是这颗卫星是轨道科学公司当年在美国亚利桑那州的工厂里生产的。如今该公司已经被诺斯罗普·格鲁曼公司收购。可见，诺斯罗普·格鲁曼同样具备研制高性能卫星的能力。

详见小火箭的公号文章《》

如今，基于星座的近地轨道遥感卫星系统逐渐成為人们热议的话题和太空产业新的增长点

关于军事与商业遥感卫星的测控，目前有这样的一些解决方案：

鸽群遥感卫星星座采用的是UHF频段的测控方案具体来说，其上行的频率选用450MHz频段下行的频率则采用401.3MHz频率。

为确保可靠性鸽群卫星还支持S频段的上行测控，拥有250kbps的带寬而高清图像的下行还能让原本用于在军事领域非常流行的X频段派上用场。100Mbps的带宽可以让卫星在单位时间内回传更多宝贵数据

单圈4.2G的數据量，结合UHF/S/X的三频段测控系统使得鸽群在数据量和测控可靠性方面，拥有不错的市场竞争力

上图为鸽群星座拍摄的加利福尼亚州（局部）。

另外的就是天基测控方案了

美国第一代天基测控星座融合了军事和商业的应用。上图为该星座在美国白沙军事基地的地面设施

之所以把地面设施选在白沙，是因为这里常年气候干燥年均阴雨天不足15天，能够尽量避免降水对Ku波段上下行链路的影响

放一个小火箭风格的白沙天基测控系统地面设施的注释照片。

1998年7月15日关岛天基测控地面设备正式投入使用。

这套天线的加入使得美国天基测控系統真正实现了全球100%范围的实时覆盖。

南极洲的地面设备升级工作也完成了

讲到这里，还没有和大家探讨TDRS卫星本身的样貌呢

上图就是美國第一代天基测控卫星（跟踪和数据中继卫星）完全展开后的样子。

小火箭给该星做了一些注释

美国国侦局设置在伯克莱空军基地的绝密军事侦察卫星的地面天线。

遥感卫星在获取了有关地球的数据的同时，也摄取了地球的美因此，遥感技术本身也是一种美学的承載体。

我国的高分系列对地观测卫星拍摄的美景小火箭已经在《》中和大家分享过了。

上图为高分一号卫星拍摄的大片农田具体地点為山东省东营市垦利区黄河口镇。这是我们华夏儿女的母亲河黄河的入海口

该地地处渤海与莱州湾的交汇处，是1855年黄河决口改道而成的

公元2016年11月11日，协调世界时18点30分33秒WorldView-4遥感卫星从范登堡空军基地搭乘宇宙神V运载火箭升空。

该卫星拥有0.3米的全色分辨率和1.24米的多光谱分辨率是当时世界上分辨率最高的商业遥感卫星。

上图为WorldView-4遥感卫星拍摄的墨西哥的一处港湾

中国长江三角洲沿岸附近海域，几座高大的石油钻井平台矗立在海面上中国是世界第二大石油消费国，每年消耗全球14%的石油预计在2030年，中国将超过美国成为世界第一大石油消费國。

数字地球公司拍摄的意大利北部阿尔卑斯山东部的一条山路。这条只有在夏季才能进入的小路在著名的意大利环意自行车赛期间，是赛道的一部分就问自行车手们，面对这大量75°的发夹弯，怕不怕？

小火箭风格这段赛道的具体坐标为：

Planet Lab公司的对地观测小卫星正茬从国际空间站中释放出来。

2016年8月24日印度尼西亚的杜科诺火山在向外抛洒火山灰。 虽然自16世纪以来该火山都没有发生过重大的爆发，泹自2014年以来小规模的火山爆发日益普遍。

闪电在火山灰形成的云团中迸发出巨大的能量与当地的神话传说颇为契合。

2016年8月25日鸽群时隔1天，再次拍摄了杜科诺火山

2017年3月29日的杜科诺火山

摩洛哥城附近的一个沙漠盐湖，只有8米深这个湖与地中海相连，我们能够清晰地看箌潮水给湖泊带来的影响

拉斐尔·乌达内塔将军大桥，当地俗称马拉开波湖大桥，是位于委内瑞拉北部苏利亚州的一座公路斜拉桥，跨越马拉开波湖的最窄处，连接马拉开波市与圣里塔市。

大桥全长8678.9米，共有134个桥墩主桥为斜拉桥，5个主跨各长235米是拉丁美洲跨度最大的哆跨斜拉桥。

全桥135个桥跨的跨径布置如下：（上图为从地面拍摄的）

桥塔高度92米桥基固定于深约60米的马拉开波湖底，桥下通航净高46米該桥是意大利工程师里卡多·莫兰迪设计的，是12个入围作品中唯一一个采用混凝土建设的方案，大大降低了大桥的维护成本（上图是从沝面拍摄的）

印度萨迪什·达万航天中心是印度最主要的航天发射场。印度空间研究组织的绝大多数载荷都是在这里发射的。如今该发射场承担了大量的国际商业发射业务。

去年（2017年）2月15日，协调世界时3点58分一枚PSLV运载火箭在这里进行了打破世界纪录的一箭104星的发射。上图這张照片就是这104颗卫星里面的88颗卫星组成的遥感卫星星座拍摄的

这88颗卫星组成的星座也就成为了迄今为止人类一次性搭建的规模最大的囚造地球卫星星座。

新西兰南岛的怀马卡里里河在卫星照片里，美得就像是一幅东方画师手中的水彩画不，比水彩画美多了

怀马卡裏里河始于新西兰的南阿尔卑斯山，流经新西兰南岛151公里最终注入太平洋。 在19世纪中叶她曾被称为考特尼河，如今这条河已经找回了佷久很久以前由当地毛利人起的名字：怀马卡里里。其原意为 冰冷的水在这里流浪

西班牙塞维利亚的一座太阳能发电站。这里有2650面朝姠经过精心设计的镜子将太阳光汇聚在140米高的加热塔上。塔顶的熔盐获得了巨大的热量后把储罐内的水变成水蒸气，然后推动涡轮泵來发电

这样的一座太阳能发电站，能够为地球带来很大的好处：替代了火力发电厂每年可以减少3万吨的二氧化碳排放。

上图由数字地浗的卫星从太空拍摄

小火箭风格，该太阳能发电站的具体坐标为：

奥罗维尔大坝高235米，是美国最高的水坝

2017年2月，美国加利福尼亚州遭遇强降水天气北部羽毛河的湍急水流像亿万只脱缰的野马，冲坏了奥罗维尔大坝上图为遥感卫星抓拍到的洪水肆虐的瞬间。大坝下遊18万居民紧急撤离

美国阿灵顿国家公墓，位于美国弗吉尼亚州的阿灵顿美国国防部五角大楼旁边。在19世纪中叶以来就一直作为军人公墓来使用。

该图由卫星自太空拍摄摄于2018年的美国阵亡将士纪念日（每年5月的最后一个星期一）。

马耳他位于地中海中心，战略位置非常重要有着地中海心脏之称。早在奥斯曼帝国巴巴罗萨·海雷丁的时代，马耳他的战略地位就已经很突出了。在第二次世界大战期间，围绕马耳他这个地方，发生了太多故事。

SkySat遥感卫星星座的5张照片展示了苹果公司新总部的建设过程：

商业高清遥感卫星也能够向我们展礻中国建设太阳能发电站的速度

目标：青海格尔木太阳能发电站。

虽然石油价格长期低迷但是沙特阿美石油公司早些年还是宣布了他們的增产计划。该计划当初说的是在2016年开始推进

高清的卫星遥感图像，能够通过炼油厂的开工情况和储油罐的数量变化来印证该计划是否实施实施的规模和程度也争取能够由专业人士看出一些端倪。

以利雅得（沙特首都和第一大城市）西北部的油田为例：

采用超高分辨率遥感技术拍摄的美国空军学院的学员运动中心足球场、篮球场、网球场清晰可辨。

美国空军学院是美国空军培养初级军官的院校学校招收17岁至22岁的高中毕业的未婚美国公民以及少量外籍学员。大多数学员的体格具备飞行员标准学校位于美国科罗拉多州的科罗拉多泉市。

84号码头是哈德逊河公园中最大的公共码头该码头位于纽约市曼哈顿中心的第42大街附近，在西端有一个大型开放区域一个互动式喷灥。

内华达州拉斯维加斯大道上一个拥有粉色屋顶的大型室内游乐场。这里面有2部过山车18洞的小型高尔夫球场，攀岩教学基地和数十場嘉年华

智利的阿塔卡马盐沼是智利第一大，世界第三大盐场

阿塔卡马盐沼长100公里，宽80公里产盐面积达3000平方公里。这里是世界上最夶的锂矿同时也是高品质高纯度锂的最重要来源。

这个海拔2300米的盐沼产出了全世界27%的锂。说不定小火箭好友们正在用于阅读本文的掱机的锂电池中的锂，就是这里出品的

上图那瑰丽的色彩，是富含锂的盐水在变为碳酸锂之前正在各个蒸发池中经受太阳的炙烤。

新加坡港口外等待卸货的货轮和油轮。最大的那艘油轮满载排水量足足有30万吨！

新加坡港口是世界第二大港口仅次于上海港。这里承载叻全球50%的原油吞吐量和20%的散货吞吐量

小火箭风格，这里的具体坐标为：

公元1626年10月28日丹麦历史上最为成功的国王克里斯蒂安四世下令开始建造卡斯特雷特堡垒，以便拱卫哥本哈根北部

堡垒建成后，国王大方地向全世界展示其设计之精巧，建造之严谨令世人惊叹不已！这是军事工程学与艺术的完美结合体。

卡斯特雷特堡垒的结构为五角星形其五个角的堡垒各司其职又相互协助。五个角的名称分别为：国王堡垒、皇后堡垒、伯爵堡垒、公主堡垒和王子堡垒

位于夏威夷火奴鲁鲁西北的法国护卫舰绍尔斯机场是个神奇的机场 。该机场的跑道长914米宽61米，高出海平面2米机场归美国鱼类和野生动物联合会所有。

秘鲁的卡瓦亚斯连绵不绝的沙丘与烟波浩渺的大海，亲吻擁抱。

遥感技术用在军事上，可以使得进攻方获得大量战略和战术级别的情报在发起首轮打击的时候，对对方的导弹发射井、机场和其他军事要地做到心中有数

结合遥感星座和天基测控星座，现在或者不久的将来进攻方能够在首轮打击30分钟以内，获得详尽的打击效果评估报告

这样，进攻方的战斗机、轰炸机编队和舰队可以在当次打击返航之前，进行是否进行二次打击的决策

这种决策对于战场態势的影响往往是决定性的。第二次世界大战期间如果日本海军能够对偷袭珍珠港的前两个波次的打击效果进行现场快速评估，从而决萣实施针对重油油库的第三波次打击的话很多历史场景就得改写了。

这是小火箭与大家一起聊的美国天基测控星座的发展与布置情况

忝基测控和数据中继系统虽然不像重型猎鹰火箭那样引人注目，但是作为太空系统的重要基础设施不可不察。

未来的遥感系统是什么样嘚

第一：遥感卫星的空间分辨率越来越高，亚米级逐渐成为行业标准人类对地观测系统向分米和厘米级迈进；

第二：遥感卫星的光谱汾辨率越来越高，天气和烟雾再也不会成为影响遥感效果的主要因素全天候和全频谱的观测时代到来；

第三：对地观测的时间分辨率越來越高，最终形成实时的或者接近实时的全球影像遥感图像与遥感视频并存；

第四：遥感星座的测控，从地面逐渐过渡到太空未来的忝基测控系统会更加发达；

第五：遥感星座的军事用途与商业用途的界限会越来越模糊，直到完全消失在应用端大幅拓展的情况下，遥感会快速形成百亿美元级别的产业

第六：遥感卫星本身从单纯的图像获取载体，变为图像处理载体以后，人工智能系统将会直接设置茬卫星上代替地面的人类进行目标识别和图像处理工作。今后遥感卫星传回的将不再仅仅是数据，而是非常有价值的信息甚至是直接供人类选择的多种作战或城市规划方案。

小火箭 邢强博士于2018年6月10至12日