奮斗多年不敵歐美?中國航天近二十年的飛速發展有目共睹,就世界范圍內來看,我們從過去的第二梯隊中下游水平,硬生生擠進了世界第一梯隊,不論是年發射數量還是質量都已經穩居世界第二,建成了當今世界唯一由一國承建的大型載人空間站,完成了嫦娥探月工程三步走計劃,在別國摩拳擦掌多年之后,我們實打實地取回了月球樣本,還實現了火星登陸任務的成功,成為世界唯二在火星表面成功部署火星車的國家。
這些成就中的任何一個單拎出來,世界上能玩得轉的,除我們以外,也就只還有一個,其他國家大多只能望天興嘆。
就這樣,還是免不了聽到一些質疑聲音。比如,近日,長光衛星官宣發布了由吉林一號高分03D24遙感衛星拍攝的日本富士山照片,在這張衛星照片中,甚至下山道也清晰可見。
面對曝出的如此纖毫畢見的衛星照,大多數網友是稱贊的,但在稱贊之余也有激烈的爭論,有不少質疑的聲音,我摘錄幾句:
甲:這是怎么拍的?不像衛星拍的,反而像無人機在半山腰拍的。
乙:這不可能是衛星角度
丙:衛星拍半山腰照片???這可能嗎???難以置信!
丁:太假了,不可能,角度都不對
有熱心網友也試著為這些質疑聲音解釋,說這是衛星相較于成像目標的側視拍攝。的確,在很多情況下,遙感衛星是可以側視成像,比如下面這張由美國Planet Labs公司的遙感衛星拍攝的上海中心大廈照片,就是一張側拍照:
長光衛星官號編輯親自回應了這一問題,富士山衛星照是由衛星原圖疊加高程數據,實現看地球的3D視角!
與3D高清視角照同步發布的,還有一張生成3D視角的衛星原圖:
這樣就很好理解了,一般側視成像很難有如此高的清晰度,而如果是在高分辨率衛星照基礎上融合測高數據,所得出的3D視角照就可以達到纖毫畢見的程度。
此技術還廣泛應用在了長光衛星的共生地球遙感產品中,下圖是吉林一號拍攝的喜馬拉雅山脈:
長光衛星公司的吉林一號星座可以說是,即便是放眼全球也是非常優秀的商業遙感星座,以此番拍攝富士山照片的吉林一號高分03D24衛星為例,該衛星已經是他們研發的第三代產品,在第二代基礎上進一步發揚低成本、批量化建造的技術優勢,按照“載荷平臺相融合”思路進行星載一體化設計制造,最終將衛星重量控制在了40公斤級,這個重量遠遠低于成年人的平均體重,單顆衛星制造成本成功控制在800萬以內,僅相當于第二代衛星成本的16%。
在控成本的同時,衛星成像技術也始終保持在高水平,在535公里太陽同步軌道對地成像全色分辨率可達0.75米,多光譜3米,成像幅寬優于17公里,側擺角度范圍是±45°。
由于第三代吉林一號衛星大幅減重,更適宜于一箭多星發射,比如還是這顆拍攝富士山照片的吉林一號高分03D24衛星,當初它是由CZ-2D運載火箭,以“一箭41星”的方式發射入軌,它只是這41顆衛星中的一顆,與其一同入軌的吉林一號星座衛星數量多達36顆,使得該星座在軌衛星數量達到了108顆。
目前,吉林一號星座已經如期實現既定的第一階段工程目標,具備了全球重要地點的30分鐘內重訪能力,并具備全球任意地點41分鐘重訪能力。
接下來,到2025年年底,完成138顆衛星組網,具備全球任意地點10分鐘內的重訪能力,同時具備全天時、全天候、全譜段數據獲取能力,這樣一個星座的時間分辨率和空間分辨率都將居于世界頂尖水平。
從108顆升級到138顆,以吉林一號的多星批產能力,看上去好像也沒什么難度,但是要考慮到前期發射的衛星也是有壽命限制的,所以接下來要發射的衛星數量并不僅是30顆差額,而會是更多。
另外,138顆衛星全球任意地點10分鐘重訪看上去已經很牛了吧,但是他們還有更長遠的規劃,那就是在不遠的將來實現“每天高分辨成像覆蓋整個地球”。
一般情況下,全球覆蓋降低分辨率,抬升衛星軌道高度,用寬視場成像也不難,但人家要做到的是在全球覆蓋的基礎上,要實現高分辨率成像,而且是每天……這就很夸張了。
高分辨率衛星照歷來是稀缺產品,比如NASA部署在月球的LRO月球勘測軌道飛行器,運行時間已經超過十四年了,但至今也沒能實現高分辨率影像的全月球覆蓋。火星也是一樣,所有火星探測器加在一起獲取的高分辨率影像占火星全球的比例還不到10%。
為什么高分辨率成像這么難?原因也很簡單,我們常說站得高看得遠,但卻看不清,要想看得清,就得離得近,離得近了吧又看不遠,這是很矛盾的。
遙感衛星成像也是如此,想要獲取高分辨率衛星照,就得離地球更近(近地軌道),那么衛星相機的成像幅寬就是天然受限的,比如拍攝富士山的吉林一號高分03D24衛星的成像幅寬是優于17公里,NASA部署月球的LRO衛星的高分成像幅寬則僅有5公里。
所以,要想在短時間內獲取覆蓋全地球的高分辨率衛星照,只有兩個辦法,一方面是繼續擴大遙感星座的衛星規模,另一方面就是在保證空間分辨率的基礎上盡可能擴大成像幅寬,以提高全球高分成像的效率。
對此,吉林一號星座早已有了前置布局,比如他們三年前發射的寬幅01星,具備空間分辨率0.75米條件下,優于136公里的成像幅寬,這不僅是國內第一顆,也是全球第一顆亞米級超大幅寬光學遙感衛星,突破了包括亞米級超大幅寬光學衛星一體化設計、基于自主可控的大口徑非對稱高性能空間相機等一系列核心技術。
之后又在寬幅01星基礎上又發射了多顆同系列衛星,能力進一步提升,具備了在0.5米高空間分辨率條件下,優于150公里成像幅寬。
就在3個月前,谷神星一號遙八火箭又將吉林一號寬幅02A衛星送入太空,這顆衛星就更夸張了,它在保持超大寬幅高分辨率成像能力的同時,將自身重量硬生生砍掉了近1噸,由上一代衛星的1.2噸直接壓縮到了0.23噸,仍然具備0.5米高空間分辨率條件下,優于150公里的成像幅寬。
看到這里,就不難理解,為什么接下來嫦娥七號探測器的軌道器配置的月球高分辨率相機敢于定那么高的指標,這臺相機可以在距離月球100公里高度實現空間分辨率優于0.5米的全色成像,且成像幅寬大于18公里,是NASA的LRO月球勘測軌道飛行器高分相機成像幅寬的3倍有余,綜合性能在同類產品中居于世界第一。
月球遙感相機不同于近地軌道遙感衛星,前者只是探測器攜帶的眾多載荷之一,對體積重量有更大的約束,同時成像高度比近地軌道衛星要低得多,在這種情況下,還能實現如此大的成像幅寬,不得不說是我們在這一塊的技術底子確實雄厚。
吉林一號星座的能力還有很多驚艷之處,比如它的視頻星還具備凝視視頻成像功能,意思就是衛星在太空中高速飛行狀態下,星載相機可以始終指向成像目標,進而在太空中對地面或空中目標拍攝視頻。
近年來被吉林一號看上的目標可以說是形形色色,既有港口里的航空母艦,也有天空中飛行的戰斗機,甚至還有飛行中的運載火箭,乃至國際空間站……
要知道,吉林一號是商業遙感衛星,它的核心技術指標是有限制的,可想而知,我們真正用于國防任務的衛星,會有何等驚艷的表現。
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