中國的遙感衛星發展

一、衛星的分類 

    今日人類的生活及戰爭都離不開人造衛星，俄烏戰爭中，美國用衛星蒐集俄軍動態並支援烏克蘭通訊對烏軍幫助很大。2020年，中國長光衛星公司公佈了一批衛星照片，吉林一號衛星在太空拍攝到了美國諾福克海軍基地。發現3艘美軍航母，甲板上水兵都能看到，在中共拒止美軍航母戰鬥群上助益很大。現在，中國低軌遙感衛星分辨率，已經從過去的2.1米，提高到0.65米分辨率。而靜止軌道遙感衛星的分辨率也從1000米級別，下降到了只有50米。這在軍事上有著非常重要的意義，美軍實際上就是靠衛星打仗。現代戰役情報為先，在沒摸清對方底細和意向的情況下，美軍絕不會簡單開戰。要摸清對方的底細和意向，美軍越來越依托太空衛星裝備。2022年，中國在軌衛星數量超過600顆是僅次於美國的航天大國。從90年代開始，中國大陸的衛星發射加速且走向產業化及專業化的道路。根據衛星的用途，大致可分為對地觀測、通信廣播、導航定位、科學實驗以及信號中繼等五大類。對地觀測的用途很廣，我們常說的遙感衛星，就屬於這個範疇。所謂“遙感”，就是遠距離探測、感知資訊。中國高分辨率對地觀測系統天基部分基本建成，實現了高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率的對地觀測。中國陸地觀測先後發射了資源三號03地球資源衛星、環境災害治理二號A/2B衛星、高分辨率多模成像衛星、高光譜觀測衛星、一些商業遙感衛星。在海洋觀測方面，中國現在可以通過來自海洋一號C/1D衛星和海洋二號B/2C/2D衛星的高分辨率圖像查看全球範圍內所有尺度的連續水域的多個指標。中國對全球大氣層的觀測能力有了顯著提高。新一代靜止軌道氣象衛星“風云四號”A/“四號”可實現全天候、精準、不間斷的大氣監測和災害監測，提高應急響應能力。風云三號/三號衛星的成功發射，實現早、午、暮協同監測，風雲二號衛星為“一帶一路”沿線國家和地區提供監測服務。隨著遙感衛星地面系統進一步完善，中國已具備面向全球提供遙感衛星數據接收和快速處理服務的能力。 

   資源衛星是勘測和研究地球自然資源的衛星，能“看透”地層，發現人們肉眼看不到的地下寶藏、歷史古蹟、地層結構，能普查農作物、森林、海洋、空氣等資源。軍事偵察衛星就是竊取軍事情報的衛星，它站得高看得遠，既能監視又能竊聽，氣象衛星是對地球及其大氣層進行氣象觀測的衛星，具有範圍大、及時迅速、連續完整的特點，並能把雲圖等氣象信息發給地面用戶。氣象衛星的本領來自於它攜帶的氣象遙感器。這種遙感器能夠接收和測量地球及其大氣的可見光、紅外與微波輻射，並將它們轉換成電信號傳送到地面。遙感衛星可分為合成孔徑雷達成像、光學成像、信號情報等幾大類。遙感系列衛星由上海航天技術研究院和中國空間技術研究院主導研發，中國科學院微小衛星創新研究院在其中也占有一席之地。遙感系列衛星的歷史最早可以追溯到1999年2月上海航天技術研究院獲得立項批覆的遙感衛星一號。中國大陸官方聲稱遙感系列衛星主要用於科學試驗、國土資源普查、農作物估產及防災減災、電磁環境探測等領域，另一方面，這些衛星也被西方認為被用於軍事偵察。

二、中國遙感衛星的發展

   與其他衛星相比，遙感衛星具有用途廣泛、技術門檻低、製造成本低、發射成本低、無軌位限制等特點，因此受到創新型商業航天企業的青睞，促使中國遙感行業市場規模增長較快。中國遙感衛星行業市場規模在過去五年間呈現快速上升趨勢，由56.1億元上升至75.5億元人民幣。遙感衛星可與AI技術、大數據技術等相結合，在智慧城市建設方面，逐步拓展應用。智慧城市利用遙感衛星數據，可及時監測城市變化、實時管理城市部件，是實現智慧城市的必經之路。基於遙感數據的廣度與深度方向發展，將向深化衛星遙感在防災減災、環境監測等方向發展。遙感衛星數據分辨率將向高空間、高時間、高光譜方向發展。遙感應用將逐步深入民用領域，遙感是以航空攝影技術為基礎，在20世紀60年代發展起來的一門新興技術。從遙感技術的發展可發現一個共同特點就是非接觸，遠距離觀測。目前所說的遙感技術主要是指應用探測儀器探測，不與探測目標接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特徵性質及其變化的一門空間探測技術。中國為什麼要發射那麼多顆人造衛星？因為不同的人造衛星有不同的用途。通過遙感衛星的觀測，可以獲取到大範圍的數據影像信息，其獲取信息速度快，週期短，是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。並且，獲取信息受條件限制少，在人類難以到達的沙漠、沼澤、高山峻嶺、冰層下的水體等通過遙感衛星都能夠及時的獲取各種寶貴資料。著實是為人類解決了想要探索無人區，深海兩萬里等地的技術難題。在根據對地觀測的領域，遙感衛星是主要分為了陸地衛星、氣象衛星和海洋衛星三種類型。

   陸地衛星主要用於地球陸地資源調查、監測與評價。應用極為廣泛，是對地遙感衛星中的主要類型。具有獲取信息範圍廣，觀測對像多且精細，對空間分辨率、光譜分辨率要求較高的特點。氣象衛星是從太空對地球及大氣層進行氣象觀測的人造地球衛星。主要用於天氣預報、氣候預測、颱風監測，洪澇災害監測等。氣象衛星觀測範圍廣，觀測次數多，時效快，觀測數據質量高，不受自然條件和地域條件限制。海洋衛星是針對地球海洋表面進行觀測的人造地球衛星，主要用於海洋溫度場，海流、海浪、海鹽等方面的動態監測。對遙感的光譜分辨率要求較高。氣象衛星的發展其實相對來說是早於陸地衛星的，1978年就已經出現了第三代氣象衛星。由於具有短週期重複觀測，實時性強，成像面積大等特點，氣象衛星的存在使得預報天氣、降雨、溫度等有了可靠的依據。目前中國具有代表性的氣象衛星是風雲系列衛星。而海洋衛星根據各用途不同也細分為了三個系列：海洋水色衛星系列（以可見光、紅外探測水色水溫為主），海洋動力環境衛星系列（以主動微波全天候探測海面風場、海面高度和海溫為主）以及海洋監視監測衛星系列（以合成孔徑雷達探測海面目標為主）。此外，還有光學遙感衛星，微波遙感衛星、低軌衛星以及像我國的高分五號，吉林一號等高分辨率遙感衛星。遙感衛星無疑是人類從太空中觀測地球的“千里眼”，在800公里的太空中俯視著地球上的一街一城、一草一木，山河湖泊、城市變遷，並且影像足以高清，精細。目前，中國遙感衛星高分系列的分辨率是已經突破了亞米級，亞米級遙感數據具有非常重要的應用價值和商業價值。這樣的高分辨率衛星能夠高清的為我們展現這個世界上很多角落的細節。現如今衛星遙感技術也已經變得越來越貼近普通人的生活，中國遙感衛星的數量也越來越多，呈現出了高空間分辨率、高光譜分辨率和高時間分辨率的“三高”特徵。並且也是廣泛應用於環保、監測、國土、規劃等行業。 

三、全球遙感衛星產業發展現狀

   美國擁有遙感衛星數量最多，截至2021年4月底，美國擁有的遙感衛星數量排名第一，數量為442顆；其次為中國，擁有遙感衛星215顆。在遙感衛星各用途方面，各類遙感衛星來看，光學成像衛星為410顆，佔遙感衛星總量的42．62％；其次為氣象，自動識別系統（AIS）存量衛星數量為114顆，佔比11．85％；第三位為電子情報，數量為93顆，佔比為9．67％。全球衛星遙感服務市場規模呈上升趨勢，2020年，全球衛星遙感服務市場規模達到了26億美元。目前，全球遙感衛星發射數量整體不斷增加，按照用戶類型來看，商用遙感衛星比例逐漸提高。目前，中國在軌穩定運行的300公斤以上的衛星有300餘顆，居世界第二位。在軌遙感衛星200餘顆，實現了16米分辨率衛星數據1天全球覆蓋，光學2米分辨率數據全球1天重訪，1米分辨率合成孔徑雷達衛星對全球任意地區重訪時間為5小時。中國的高分專項經過10餘年的建設，實現從地球靜止軌道到低軌衛星群、從可見光到紅外、從多光譜到高光譜、從光學遙感到雷達遙感的對地觀測能力，構建了高分辨率對地觀測系統骨幹網。高分專項經過10餘年的建設，已實現從地球靜止軌道到低軌衛星群、從可見光到紅外、從多光譜到高光譜、從光學遙感到雷達遙感的對地觀測能力，構建了中國高分辨率對地觀測系統骨幹網。在此基礎上，中國進行了空間基礎設施陸地資源環境、海洋監視監測、天氣和氣候觀測等一批星座的立項建設，引領商業衛星蓬勃發展，推動構建以衛星通信、衛星遙感、衛星導航為主體的天地一體化國家空間基礎設施體系。央視網報導，近十年來，在國家對地觀測系統工程、國家空間基礎設施工程的實施帶動下，中國遙感衛星產業快速發展，目前已經初步形成遙感衛星產業應用體系。現在全世界都知道中國有個高分衛星工程，這套系統可監視美國航母戰鬥群，有了這套系統，中國的東風反艦導彈的戰鬥力獲得極大的提升。

   中國的高分系列衛星及吉林一號衛星都是可見光成像衛星，但是高分三號是合成孔徑雷達衛星，高分三號使用長15米的天線合成孔徑雷達（SAR）利用微波來進行成像，高分三號衛星使用的C波段雙模雷達，具備1米的高分辨，已經是全世界同級別衛星中性能最好的了。而且有12種工作模式可以切換，陸地、海洋、大範圍搜索或者詳細探查，都可以偵查，最深可以探測地下數十米的位置進行成像。這一切的設計都說明，高分三號具備極強的探測能力，1米的成像分辨率其實已經足以鎖定茫茫大海上的大型戰艦了。而且無論是雨雪風霜還是颱風，都可以利用“高分三號”準確探測到想要得到的圖像。天基光學偵查一直屬於軍事情報的高端領域，全球能獨立發展並建設的國家屈指可數，根據《科技日報》報導，中國軍用光學偵查衛星主要有尖兵可見光系列偵察衛星和前哨系列紅外預警衛星兩大類。美國海軍海洋監視系統（NOSS）計劃又稱「白雲」計劃，該計劃於20世紀60年代末就開始啟動，從1976年到1987年是第一代，1990年到1996年是第二代，2001年以後是第三代。第一代「白雲」屬於電子偵察衛星系統星座是由1顆主衛星和3 顆子衛星組成。子衛星在空間成直角三角形排列，利用三角測量技術，判明對方艦隊的位置、方向或速度。海洋監視衛星偵測艦艇包括潛艇的原理，和使用聲納、雷達發現艦艇有很大的不同。對於水面艦艇，海洋監視衛星或是利用成像雷達來直接發現，或是利用多個子衛星組合的方式來探測艦艇發出的電子信號實現精確定位。而水下的潛艇，由於水分子對紅外輻射的吸收，潛艇本身所發出的紅外輻射是很難被紅外熱成像系統探測到。但是潛艇在水下的一切活動，包括潛艇推進中表面與海水的摩擦、各種設備的運轉甚至人員的活動等，都需要消耗能量。