美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)(NRC)近日發(fā)布的一項(xiàng)題為《地球科學(xué)與太空技術(shù)應(yīng)用：國(guó)家在未來(lái)十年及以后的緊迫任務(wù)》的報(bào)告。報(bào)告指出，美國(guó)科學(xué)家對(duì)全球的氣候、自然災(zāi)害和陸地表面變化的觀測(cè)能力正在逐漸減弱。原因之一是那些老化的衛(wèi)星設(shè)備的更新速度非常緩慢。據(jù)該報(bào)告推斷，到2020年，美國(guó)的地球觀測(cè)能力可能只有現(xiàn)在的25%。

　　負(fù)責(zé)起草報(bào)告的科學(xué)家認(rèn)為，對(duì)于利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地球，最重要的就是在舊衛(wèi)星報(bào)廢之前發(fā)射新衛(wèi)星取而代之。如果沒(méi)有新老交替的重疊期，就很難匯集到能夠揭示發(fā)展趨勢(shì)、足夠精確、有意義的長(zhǎng)期記錄。

　　報(bào)告建議說(shuō)，政府應(yīng)從現(xiàn)在起一直到2020年，每年花費(fèi)約75億美元用于購(gòu)置新設(shè)備和開(kāi)展衛(wèi)星上的科研項(xiàng)目。

　　美國(guó)一些知名科學(xué)家對(duì)這份報(bào)告表示贊賞。他們指出，聯(lián)邦預(yù)算縮減是造成地球監(jiān)測(cè)工作受到威脅的原因之一。此外，美國(guó)航天局在工作排序方面將探測(cè)地球置于次要位置也是一個(gè)重要原因。

　　據(jù)《科學(xué)》雜志在線報(bào)道稱，NRC在2007年完成了一項(xiàng)為期10年的針對(duì)美國(guó)宇航局(NASA)地面觀測(cè)衛(wèi)星任務(wù)的調(diào)查報(bào)告，并成立了一個(gè)專家組對(duì)報(bào)告進(jìn)行復(fù)核。報(bào)告稱，這一觀測(cè)項(xiàng)目正面臨著威脅。據(jù)專家組表示，NASA曾試圖重點(diǎn)支持報(bào)告中提到的優(yōu)先項(xiàng)目，但是整個(gè)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)仍然由于一些長(zhǎng)期任務(wù)的終結(jié)和新任務(wù)的推遲或取消等變故而蒙受損失。

　　報(bào)告還指出，NASA在保持技術(shù)前沿方面獲得了一些偉大的成就。比如2008年啟動(dòng)的海洋表面地形測(cè)量任務(wù)，通過(guò)測(cè)量海洋表面高度以幫助了解海洋環(huán)流、氣候變化和海平面上升的情況。2011年6月NASA還啟動(dòng)了“水瓶座”任務(wù)，建立了第一份有關(guān)全球海洋鹽分的每月評(píng)估圖。此外，2011年10月NASA開(kāi)始的“國(guó)家極地軌道運(yùn)行環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)籌備項(xiàng)目”則著重于改善短期天氣預(yù)報(bào)，填補(bǔ)數(shù)據(jù)空白，目前，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)正計(jì)劃在2016年啟動(dòng)聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃以取代該項(xiàng)目。

　　“NASA總部在艱難的處境下，仍然出色地完成了任務(wù)。”美國(guó)馬里蘭大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)跨學(xué)科研究中心主任、參與該調(diào)查報(bào)告的NRC專家組成員、海洋學(xué)家Antonio Busalacchi表示，“但考慮到一些情有可原的因素，到2020年，這個(gè)看法可能發(fā)生改變。”

　　其中最大的一項(xiàng)因素是資金的缺乏。該報(bào)告曾預(yù)計(jì)美國(guó)政府的地球科研預(yù)算將恢復(fù)到2002年的每年20億美元的資助水平，但實(shí)際上，自從2007年后，該預(yù)算從未超過(guò)15億美元。這樣的財(cái)政狀況使一些曾獲推薦的項(xiàng)目無(wú)法得到執(zhí)行。而且由于衛(wèi)星的丟失、發(fā)射失敗以及缺少中級(jí)衛(wèi)星發(fā)射運(yùn)載工具，整個(gè)研究網(wǎng)絡(luò)也被削弱。美國(guó)目前僅有的一種中級(jí)衛(wèi)星發(fā)射運(yùn)載工具——“金牛座”運(yùn)載火箭，就在過(guò)去的四次發(fā)射中失敗了三次，其中包括2009年的“軌道碳觀測(cè)者”衛(wèi)星和2011年的“榮譽(yù)”號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射。

　　此外，“任務(wù)蠕變”——即在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中由于科研需求的不斷增大所導(dǎo)致的成本上升——也導(dǎo)致了損失的產(chǎn)生。為了降低項(xiàng)目成本，委員會(huì)建議將項(xiàng)目成本最高額度加入考慮范圍內(nèi)，同時(shí)，將各個(gè)項(xiàng)目打包進(jìn)行整體考慮，而非單獨(dú)考慮每個(gè)項(xiàng)目的成本收益。Busalacchi認(rèn)為：“這樣一來(lái)，單個(gè)項(xiàng)目的科研潛力可能有所削減，但是整體帶來(lái)的好處將更大。”

　　報(bào)告還認(rèn)為，由NOAA負(fù)責(zé)的若干環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星項(xiàng)目原本將使NASA的整個(gè)研究系統(tǒng)得到補(bǔ)充完善，但由于NOAA面臨著自身的預(yù)算削減，這些項(xiàng)目并未得到落實(shí)。

　　Busalacchi指出，委員會(huì)并不是在指責(zé)NOAA，而是希望該報(bào)告能讓人注意到美國(guó)迫切需要一個(gè)國(guó)家層面上的地球觀測(cè)研究戰(zhàn)略。他補(bǔ)充道，發(fā)展這樣一個(gè)戰(zhàn)略的責(zé)任“超過(guò)了NASA和NOAA，已上升到白宮科技政策辦公室的高度。我們所執(zhí)行的路線是清晰的，但卻無(wú)法保持在一定水平上”。[page]

　　美國(guó)照相偵察能力依然領(lǐng)先世界

　　不過(guò)，美國(guó)在照相偵察衛(wèi)星方面的成果，仍然遙遙領(lǐng)先于世界各國(guó)。

　　DigitalGlobe、GeoEye這樣的商業(yè)照相衛(wèi)星公司每年都能獲得美國(guó)國(guó)防部幾十億美元的的資助，作為回報(bào)自然是這些公司的衛(wèi)星數(shù)據(jù)將在第一時(shí)間交給五角大樓作為軍事偵察衛(wèi)星的補(bǔ)充，而且規(guī)定美國(guó)本國(guó)的敏感區(qū)域的高清晰度照片在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)不允許對(duì)外發(fā)售。

　　圖為最新的GeoEye-1衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖，其0.4米的分辨率，美國(guó)軍方1966年7月發(fā)射的KH-8型照相偵察衛(wèi)星就已達(dá)到，而至今俄羅斯、法國(guó)的軍用偵察衛(wèi)星分辨率才剛剛達(dá)到1米級(jí)別。

　　GeoEye公司目前擁有的三顆衛(wèi)星OrbView-2和3，以及IKONOS，其衛(wèi)星照片分辨率可達(dá)1米，2008年8月22日新的一顆GeoEye-1衛(wèi)星發(fā)射升空，GeoEye -1衛(wèi)星重約1955千克，運(yùn)行軌道距離地球684千米。

　　它的分辨率達(dá)到驚人的0.4米，超越原先的民用衛(wèi)星分辨率記錄——DigialGlobe公司的快鳥(niǎo)(QuickBird)的0.6米。

　　不過(guò)其距離美國(guó)軍方最強(qiáng)大、重達(dá)17噸、軌道可低至250千米的超重型軍用偵察衛(wèi)星KH-12的0.1米還有一定距離。而且，美國(guó)軍用衛(wèi)星分辨率早在60年代末就達(dá)到了0.4米的水準(zhǔn)。

　　2001年10月18日美國(guó)數(shù)字全球(Digitalglobe)公司成功發(fā)射了商用高分辨率衛(wèi)星快鳥(niǎo)(Quickbird)，地面分辨率達(dá)0.6米，是當(dāng)時(shí)世界上空間分辨率最高的商用衛(wèi)星。由于其質(zhì)量可與航片媲美，且成本低，精度高，更新周期短，使衛(wèi)星遙感影像逐漸成為制作城市大比例尺地圖的主角。

　　上圖為2007年9月發(fā)射的快鳥(niǎo)的改進(jìn)型號(hào)WorldView-1，分辨率提高到0.5米。[page]

　　快鳥(niǎo)(Quickbird)衛(wèi)星的拍攝范圍示意圖，0.6米分辨率高精度拍攝時(shí)視野寬度只有16.5千米(GoogleEarth里的城市高清晰圖片就是這樣獲取的)，粗精度、廣范圍拍攝時(shí)視野可達(dá)456千米，但這時(shí)的分辨率只有30米(GoogleEarth里的自然地域粗精度圖片就是這樣獲取的)。

　　GeoEye-1衛(wèi)星每天40次通過(guò)無(wú)線電波向美國(guó)阿拉斯加州、維吉尼亞、挪威和南極洲的4個(gè)地面站下傳加密的圖像數(shù)據(jù)。

　　資料圖:衛(wèi)星拍到的朝鮮空軍基地。由于獲取軍用偵察衛(wèi)星的照相成果的重重限制，自身民用遙感衛(wèi)星的分辨率又非常低(約50米)，和世界上的其他國(guó)家一樣，中國(guó)國(guó)土資源部門是Quickbird衛(wèi)星的重要用戶，各地每年都大量購(gòu)買Quickbird衛(wèi)片以供國(guó)土資源工作之用。Quickbird衛(wèi)片的價(jià)格大約是每平方公里30美元，如果只是單純好奇看看的話，使用Quickbird衛(wèi)片制作的谷歌地球(GoogleEarth)免費(fèi)軟件就能滿足大眾的需求。

　　由于中國(guó)國(guó)土資源部門和DigitalGlobe有長(zhǎng)期的緊密合作關(guān)系，在四川汶川大地震后，DigitalGlobe公司就及時(shí)免費(fèi)提供了快鳥(niǎo)(Quickbird)衛(wèi)星的震區(qū)照片，以供救災(zāi)所用。這是拍攝到的紫坪鋪水壩。

　　衛(wèi)星的軌道示意圖，每天2-3次經(jīng)過(guò)中國(guó)上空。不過(guò)，幾顆民用衛(wèi)星就能提供“不間斷的衛(wèi)星圖”純屬夸張，由于照相衛(wèi)星視野有限(拍攝高精度圖像時(shí)的典型視野寬度是10-20公里)，單顆衛(wèi)星對(duì)同一地點(diǎn)的重訪時(shí)間一般要3天之后。但幾十顆軍用衛(wèi)星星座就能基本滿足提供“不間斷的”衛(wèi)星偵察需求，目前擁有這一實(shí)力的，只有美國(guó)。[page]

　　美國(guó)主要軍事衛(wèi)星系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

　　先進(jìn)極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)通稱：AEHF 它是“軍事星”的替代者，用于全球范圍的的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)指揮與控制通信，容量是軍事星-2的5倍，但體積更小。 功能：EHF通信 運(yùn)營(yíng)者：軍事衛(wèi)星司令部 JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：計(jì)劃2006年12月 星座：3-5顆 軌道高度：22，300英里 承包商：洛克希德馬丁、諾格公司 動(dòng)力裝置：N/A 尺寸：N/A

　　先進(jìn)極地系統(tǒng)通稱：APS 下一帶極地通信系統(tǒng)，為北部極地的飛機(jī)、潛艇和部隊(duì)提供所需的部分極地通信能力。 功能：EHF通信 運(yùn)行者：軍事衛(wèi)星司令部JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：大約2010年 星座：2 軌道高度：22，300英里 其他不詳

　　先進(jìn)寬帶系統(tǒng) 又稱：AWS 替代國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)和寬帶填隙系統(tǒng)。目前的概念類似商用衛(wèi)星，采用大容量的SHF，INTERNET協(xié)議，激光交叉鏈接，為飛機(jī)和地面移動(dòng)部隊(duì)提供大功率的戰(zhàn)術(shù)通信。 功能：寬帶通信 運(yùn)行者：軍事衛(wèi)星司令部JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：計(jì)劃2009年 星座：3-6顆 軌道高度：23，300英里國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃又稱：DMSP 衛(wèi)星收集空中、地面、海上、和太空環(huán)境數(shù)據(jù)以支援全球戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)軍事行動(dòng)。運(yùn)行控制權(quán)1998年移交給NOAA。功能：環(huán)境監(jiān)測(cè)星座：2 軌道高度：575英里

　　國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)-3 又稱：DSCS 抗核打擊、抗干擾，為戰(zhàn)場(chǎng)指揮官提供緊急指揮與通信傳輸。功能;甚高頻 通信運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1982年10月星座：5 在軌：13 軌道高度：22，000英里

　　國(guó)防支援計(jì)劃(衛(wèi)星系統(tǒng))又稱：DSP 用于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的探測(cè)運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1970年11月星座：保密在軌：保密軌道高度：22，000英里

　　全球廣播系統(tǒng)又稱：GBS 寬帶通信系統(tǒng)，最初利用租借的商用衛(wèi)星，后用軍事系統(tǒng)為戰(zhàn)場(chǎng)提供數(shù)字多媒體數(shù)據(jù)通信。功能：高帶寬的數(shù)據(jù)圖象和視頻通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1998年3月(第二階段有效載荷搭載在UFO星上)星座：3 在軌：3 軌道高度：23，230英里

　　全球定位系統(tǒng)又稱：GPS 衛(wèi)星軍民兩用，能在任何時(shí)間對(duì)地球任何位置進(jìn)行精確定位。BLOCK-2于1997年中期取代舊的定位衛(wèi)星，第一顆BLOCK2R-M兩頻道軍用星在2004年發(fā)射。下一代第三頻道BLOCK2F星在2006年發(fā)射，設(shè)計(jì)壽命延長(zhǎng)，有更快的處理器和新的民用信號(hào)。GPS3后一代星初步計(jì)劃在2012年發(fā)射，具有先進(jìn)的抗干擾和高質(zhì)量數(shù)據(jù)性能。功能：全球?qū)Ш竭\(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1978年2月22日(BLOCK1)星座：28 軌道高度：12，600英里

　　軍事星衛(wèi)星通信系統(tǒng)又稱：MILSTAR 聯(lián)合通信衛(wèi)星為戰(zhàn)時(shí)提供保密、抗干擾通信功能：EHF通信運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射;1994年2月7日星座：5 在軌：5 軌道高度：22，300英里

　　移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(又名先進(jìn)窄帶系統(tǒng))通稱：MUOS 下一代窄帶UHF戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星用來(lái)替代UHF后續(xù)衛(wèi)星。初始發(fā)射計(jì)劃于2007年。功能：UHF戰(zhàn)術(shù)通信首次發(fā)射：計(jì)劃2009年運(yùn)行者：海軍星座：4加備份在軌：無(wú)軌道高度：22，300英里

　　極地軍事衛(wèi)星通信(系統(tǒng))(又稱過(guò)渡極地和附屬極地)美國(guó)空軍在一顆主極地軌道衛(wèi)星上部署了一個(gè)改進(jìn)型海軍EHF有效載荷為部隊(duì)提供過(guò)渡的極地通信能力。極地2號(hào)和3號(hào)型計(jì)劃2004年和2006年相繼發(fā)射。功能：EHF極地通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1997年星座：3 在軌：1 軌道高度：25，300英里(極點(diǎn))

　　天基紅外系統(tǒng)-高軌通稱：SBIRS HIGH 用于導(dǎo)彈預(yù)警、導(dǎo)彈防御、戰(zhàn)場(chǎng)描述和戰(zhàn)術(shù)情報(bào)的一種先進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)初始將用來(lái)補(bǔ)充國(guó)防支援計(jì)劃衛(wèi)星，并最終取代。功能：紅外太空監(jiān)視運(yùn)行者：AFSPC 首次發(fā)射：計(jì)劃2007年星座：4顆GEO星，一顆備份，在高橢圓軌道上有兩個(gè)傳感器。在軌：無(wú)。

　　天基雷達(dá)通稱：SBR 用于在太空跟蹤戰(zhàn)場(chǎng)移動(dòng)目標(biāo)。運(yùn)行者：SMC/NRO(開(kāi)發(fā)與采購(gòu));AFSPC 首次發(fā)射：2012年星座：待定承包商：洛馬和諾格公司

　　空間跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)(舊稱SBIRS-LOW)通稱：STSS 海外監(jiān)視和跟蹤衛(wèi)星。用于跟蹤彈道導(dǎo)彈的發(fā)射和著陸。該系統(tǒng)是多層彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的傳感器部分，與SBIRS-HIGH系統(tǒng)共同組成。功能：紅外監(jiān)視首次發(fā)射：計(jì)劃2007年進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。運(yùn)行者：導(dǎo)彈防御局;空軍太空司令部星座：2 承包商：諾格公司

　　轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)通稱：TSAT 聯(lián)合通信衛(wèi)星旨在為戰(zhàn)場(chǎng)提供戰(zhàn)術(shù)級(jí)的類似INTERNET的鏈接。激光交叉鏈路向地面用戶的傳輸時(shí)間大大縮短。計(jì)劃于2012年發(fā)射，用來(lái)替代先進(jìn)極高頻系統(tǒng)。目前處于設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)論證階段。功能：EHF通信運(yùn)行者：MILSATCOM JPO;空軍太空司令部首次發(fā)射：2012年星座：5 在軌：無(wú)軌道高度：22，300英里

　　特高頻后續(xù)衛(wèi)星通稱;UFO 能提供保密、抗干擾通信的新一代衛(wèi)星。替代FLTSATCOM衛(wèi)星。功能：UHF和EHF通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1993年3月25日星座：4顆主星座，4顆多余星座在軌：9 軌道高度：22，300英里承包商：波音

　　寬帶填隙系統(tǒng)通稱：WGS 高速率衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，(主要為商業(yè)產(chǎn)品)。用來(lái)填補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)——DSCS和GBS——和AWS之間的空隙。功能：寬帶通信和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)(KA、KU、X頻段)運(yùn)行者：AFSPC 首次發(fā)射：計(jì)劃2006年星座：3-5 軌道高度：GEO 承包商：波音

　　說(shuō)明：最近，美國(guó)國(guó)家偵察辦公室披露其正在開(kāi)發(fā)一種新的衛(wèi)星系統(tǒng)，ORCA，即光中繼通信結(jié)構(gòu)。這是下一代激光和射頻通信衛(wèi)星，通信能力至少是現(xiàn)有系統(tǒng)的10倍。包括發(fā)射時(shí)間等細(xì)節(jié)尚屬保密，但國(guó)防部和國(guó)家偵察辦公室將ORCA列入轉(zhuǎn)型通信結(jié)構(gòu)(TSAT)計(jì)劃中，作為TSAT和其他下一代系統(tǒng)的補(bǔ)充。