奮斗多年不敵歐美?中國(guó)航天近二十年的飛速發(fā)展有目共睹,就世界范圍內(nèi)來(lái)看,我們從過(guò)去的第二梯隊(duì)中下游水平,硬生生擠進(jìn)了世界第一梯隊(duì),不論是年發(fā)射數(shù)量還是質(zhì)量都已經(jīng)穩(wěn)居世界第二,建成了當(dāng)今世界唯一由一國(guó)承建的大型載人空間站,完成了嫦娥探月工程三步走計(jì)劃,在別國(guó)摩拳擦掌多年之后,我們實(shí)打?qū)嵉厝』亓嗽虑驑颖荆€實(shí)現(xiàn)了火星登陸任務(wù)的成功,成為世界唯二在火星表面成功部署火星車(chē)的國(guó)家。
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中國(guó)空間站
這些成就中的任何一個(gè)單拎出來(lái),世界上能玩得轉(zhuǎn)的,除我們以外,也就只還有一個(gè),其他國(guó)家大多只能望天興嘆。
就這樣,還是免不了聽(tīng)到一些質(zhì)疑聲音。比如,近日,長(zhǎng)光衛(wèi)星官宣發(fā)布了由吉林一號(hào)高分03D24遙感衛(wèi)星拍攝的日本富士山照片,在這張衛(wèi)星照片中,甚至下山道也清晰可見(jiàn)。
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面對(duì)曝出的如此纖毫畢見(jiàn)的衛(wèi)星照,大多數(shù)網(wǎng)友是稱(chēng)贊的,但在稱(chēng)贊之余也有激烈的爭(zhēng)論,有不少質(zhì)疑的聲音,我摘錄幾句:
甲:這是怎么拍的?不像衛(wèi)星拍的,反而像無(wú)人機(jī)在半山腰拍的。
乙:這不可能是衛(wèi)星角度
丙:衛(wèi)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(duì)
有熱心網(wǎng)友也試著為這些質(zhì)疑聲音解釋?zhuān)f(shuō)這是衛(wèi)星相較于成像目標(biāo)的側(cè)視拍攝。的確,在很多情況下,遙感衛(wèi)星是可以側(cè)視成像,比如下面這張由美國(guó)Planet Labs公司的遙感衛(wèi)星拍攝的上海中心大廈照片,就是一張側(cè)拍照:
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長(zhǎng)光衛(wèi)星官號(hào)編輯親自回應(yīng)了這一問(wèn)題,富士山衛(wèi)星照是由衛(wèi)星原圖疊加高程數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)看地球的3D視角!
與3D高清視角照同步發(fā)布的,還有一張生成3D視角的衛(wèi)星原圖:
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這樣就很好理解了,一般側(cè)視成像很難有如此高的清晰度,而如果是在高分辨率衛(wèi)星照基礎(chǔ)上融合測(cè)高數(shù)據(jù),所得出的3D視角照就可以達(dá)到纖毫畢見(jiàn)的程度。
此技術(shù)還廣泛應(yīng)用在了長(zhǎng)光衛(wèi)星的共生地球遙感產(chǎn)品中,下圖是吉林一號(hào)拍攝的喜馬拉雅山脈:
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長(zhǎng)光衛(wèi)星公司的吉林一號(hào)星座可以說(shuō)是,即便是放眼全球也是非常優(yōu)秀的商業(yè)遙感星座,以此番拍攝富士山照片的吉林一號(hào)高分03D24衛(wèi)星為例,該衛(wèi)星已經(jīng)是他們研發(fā)的第三代產(chǎn)品,在第二代基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)低成本、批量化建造的技術(shù)優(yōu)勢(shì),按照“載荷平臺(tái)相融合”思路進(jìn)行星載一體化設(shè)計(jì)制造,最終將衛(wèi)星重量控制在了40公斤級(jí),這個(gè)重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于成年人的平均體重,單顆衛(wèi)星制造成本成功控制在800萬(wàn)以?xún)?nèi),僅相當(dāng)于第二代衛(wèi)星成本的16%。
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吉林一號(hào)高分03D系列衛(wèi)星構(gòu)型圖
在控成本的同時(shí),衛(wèi)星成像技術(shù)也始終保持在高水平,在535公里太陽(yáng)同步軌道對(duì)地成像全色分辨率可達(dá)0.75米,多光譜3米,成像幅寬優(yōu)于17公里,側(cè)擺角度范圍是±45°。
由于第三代吉林一號(hào)衛(wèi)星大幅減重,更適宜于一箭多星發(fā)射,比如還是這顆拍攝富士山照片的吉林一號(hào)高分03D24衛(wèi)星,當(dāng)初它是由CZ-2D運(yùn)載火箭,以“一箭41星”的方式發(fā)射入軌,它只是這41顆衛(wèi)星中的一顆,與其一同入軌的吉林一號(hào)星座衛(wèi)星數(shù)量多達(dá)36顆,使得該星座在軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到了108顆。
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目前,吉林一號(hào)星座已經(jīng)如期實(shí)現(xiàn)既定的第一階段工程目標(biāo),具備了全球重要地點(diǎn)的30分鐘內(nèi)重訪能力,并具備全球任意地點(diǎn)41分鐘重訪能力。
接下來(lái),到2025年年底,完成138顆衛(wèi)星組網(wǎng),具備全球任意地點(diǎn)10分鐘內(nèi)的重訪能力,同時(shí)具備全天時(shí)、全天候、全譜段數(shù)據(jù)獲取能力,這樣一個(gè)星座的時(shí)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(jí)到138顆,以吉林一號(hào)的多星批產(chǎn)能力,看上去好像也沒(méi)什么難度,但是要考慮到前期發(fā)射的衛(wèi)星也是有壽命限制的,所以接下來(lái)要發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量并不僅是30顆差額,而會(huì)是更多。
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另外,138顆衛(wèi)星全球任意地點(diǎn)10分鐘重訪看上去已經(jīng)很牛了吧,但是他們還有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃,那就是在不遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)“每天高分辨成像覆蓋整個(gè)地球”。
一般情況下,全球覆蓋降低分辨率,抬升衛(wèi)星軌道高度,用寬視場(chǎng)成像也不難,但人家要做到的是在全球覆蓋的基礎(chǔ)上,要實(shí)現(xiàn)高分辨率成像,而且是每天……這就很夸張了。
高分辨率衛(wèi)星照歷來(lái)是稀缺產(chǎn)品,比如NASA部署在月球的LRO月球勘測(cè)軌道飛行器,運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過(guò)十四年了,但至今也沒(méi)能實(shí)現(xiàn)高分辨率影像的全月球覆蓋。火星也是一樣,所有火星探測(cè)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%。
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LRO月球勘測(cè)軌道飛行器
為什么高分辨率成像這么難?原因也很簡(jiǎn)單,我們常說(shuō)站得高看得遠(yuǎn),但卻看不清,要想看得清,就得離得近,離得近了吧又看不遠(yuǎn),這是很矛盾的。
遙感衛(wèi)星成像也是如此,想要獲取高分辨率衛(wèi)星照,就得離地球更近(近地軌道),那么衛(wèi)星相機(jī)的成像幅寬就是天然受限的,比如拍攝富士山的吉林一號(hào)高分03D24衛(wèi)星的成像幅寬是優(yōu)于17公里,NASA部署月球的LRO衛(wèi)星的高分成像幅寬則僅有5公里。
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LRO月球勘測(cè)軌道飛行器的高分辨率相機(jī)
所以,要想在短時(shí)間內(nèi)獲取覆蓋全地球的高分辨率衛(wèi)星照,只有兩個(gè)辦法,一方面是繼續(xù)擴(kuò)大遙感星座的衛(wèi)星規(guī)模,另一方面就是在保證空間分辨率的基礎(chǔ)上盡可能擴(kuò)大成像幅寬,以提高全球高分成像的效率。
對(duì)此,吉林一號(hào)星座早已有了前置布局,比如他們?nèi)昵鞍l(fā)射的寬幅01星,具備空間分辨率0.75米條件下,優(yōu)于136公里的成像幅寬,這不僅是國(guó)內(nèi)第一顆,也是全球第一顆亞米級(jí)超大幅寬光學(xué)遙感衛(wèi)星,突破了包括亞米級(jí)超大幅寬光學(xué)衛(wèi)星一體化設(shè)計(jì)、基于自主可控的大口徑非對(duì)稱(chēng)高性能空間相機(jī)等一系列核心技術(shù)。
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吉林一號(hào)寬幅01星
之后又在寬幅01星基礎(chǔ)上又發(fā)射了多顆同系列衛(wèi)星,能力進(jìn)一步提升,具備了在0.5米高空間分辨率條件下,優(yōu)于150公里成像幅寬。
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就在3個(gè)月前,谷神星一號(hào)遙八火箭又將吉林一號(hào)寬幅02A衛(wèi)星送入太空,這顆衛(wèi)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(shí),將自身重量硬生生砍掉了近1噸,由上一代衛(wèi)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(yōu)于150公里的成像幅寬。
看到這里,就不難理解,為什么接下來(lái)嫦娥七號(hào)探測(cè)器的軌道器配置的月球高分辨率相機(jī)敢于定那么高的指標(biāo),這臺(tái)相機(jī)可以在距離月球100公里高度實(shí)現(xiàn)空間分辨率優(yōu)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(cè)軌道飛行器高分相機(jī)成像幅寬的3倍有余,綜合性能在同類(lèi)產(chǎn)品中居于世界第一。
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嫦娥七號(hào)
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嫦娥七號(hào)軌道器“高分相機(jī)”競(jìng)爭(zhēng)擇優(yōu)載荷功能指標(biāo)要求
月球遙感相機(jī)不同于近地軌道遙感衛(wèi)星,前者只是探測(cè)器攜帶的眾多載荷之一,對(duì)體積重量有更大的約束,同時(shí)成像高度比近地軌道衛(wèi)星要低得多,在這種情況下,還能實(shí)現(xiàn)如此大的成像幅寬,不得不說(shuō)是我們?cè)谶@一塊的技術(shù)底子確實(shí)雄厚。
吉林一號(hào)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(wèi)星在太空中高速飛行狀態(tài)下,星載相機(jī)可以始終指向成像目標(biāo),進(jìn)而在太空中對(duì)地面或空中目標(biāo)拍攝視頻。
近年來(lái)被吉林一號(hào)看上的目標(biāo)可以說(shuō)是形形色色,既有港口里的航空母艦,也有天空中飛行的戰(zhàn)斗機(jī),甚至還有飛行中的運(yùn)載火箭,乃至國(guó)際空間站……
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吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝諾福克海軍基地
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吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝A380客機(jī)起飛
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吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝飛行中的戰(zhàn)斗機(jī)
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吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝火箭發(fā)射
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吉林一號(hào)衛(wèi)星在印度洋上空拍攝相距約250公里的國(guó)際空間站
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吉林一號(hào)衛(wèi)星拍攝我國(guó)西北某地的大型標(biāo)語(yǔ)
要知道,吉林一號(hào)是商業(yè)遙感衛(wèi)星,它的核心技術(shù)指標(biāo)是有限制的,可想而知,我們真正用于國(guó)防任務(wù)的衛(wèi)星,會(huì)有何等驚艷的表現(xiàn)。
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