浅析印度的光学侦察卫星:全面领先于中国

陆地沉沙抓海龙王 收藏 69 29140
导读:7月12日,印度成功将最新的国产高分辨率遥感卫星发射入太空。该卫星分辨率达到0.8米,性能远超中国同类遥感卫星。事实上中国在遥感卫星领域早已全面落后于印度,这在08年的汶川大地震得到了集中体现。而造成这一局面的原因与长期以来的体制问题和落后观念不无关系。 2010年7月12日,印度使用PSLV火箭成功进行一箭五星的发射,其中就包括最新的Cartosat-2B遥感卫星。 2010年7月12日,印度使用PSLV火箭将国产的新型高分辨率遥感卫星Cartosat-2B送入太空。Cartosat-2B

7月12日,印度成功将最新的国产高分辨率遥感卫星发射入太空。该卫星分辨率达到0.8米,性能远超中国同类遥感卫星。事实上中国在遥感卫星领域早已全面落后于印度,这在08年的汶川大地震得到了集中体现。而造成这一局面的原因与长期以来的体制问题和落后观念不无关系。

2010年7月12日,印度使用PSLV火箭成功进行一箭五星的发射,其中就包括最新的Cartosat-2B遥感卫星。

2010年7月12日,印度使用PSLV火箭将国产的新型高分辨率遥感卫星Cartosat-2B送入太空。Cartosat-2B是印度空间研究组织(ISRO)研制的遥感卫星,具有高达0.8米的全色分辨率。印度空间研究组织声称Cartosat-2B卫星主要用于地理绘测等用途,但评论普遍认为这是军民两用的遥感卫星,配合更早发射的Cartosat-2和Cartosat-2A卫星,构成了完善的对地监视系统。

印度航天工业是印度不多的亮点之一,而印度航天业中,它的遥感卫星和通信卫星作为发展的重中之重发展迅速。尤其是光学遥感卫星领域,取得了远超于印度工业平均水平的成果,一直凌驾于工业技术水平更高的中国之上,令人不得不佩服。

印度第一代遥感卫星1988年即开始发射

印度空间研究组织很早就开始遥感技术的研究,1978年他们制定了IRS计划并在不久后得到印度政府的批准。由于走的是“先卫星后火箭”的发展路线,尽管印度空间研究组织未能及时开发出足够运力的运载火箭,但这并不意味着印度的遥感卫星技术差。1988年3月17日印度第一颗实用的遥感卫星IRS-1A使用苏联东方号运载火箭在拜科努尔发射成功,进入倾角99.08度,高度904千米的太阳同步轨道,重复访问周期为22天。IRS-1A卫星自重975千克,太阳能电池板可以提供600瓦的电力。

IRS-1A使用模块化设计,降低研制费用减少了研制时间。卫星采用三轴稳定方式,其载荷为3台线性扫描相机(LISS),分别为72.5米分辨率的LISS-1和36.25米分辨率的LISS-2A和LISS-2B,相机扫描宽度为140千米。IRS-1设计寿命3年,为了确保遥感观测的连续性,1991年8月29日第二颗遥感卫星IRS-1B发射升空,其轨道和IRS-1A相同。不过IRS-1A实际运行时间高达8年4个月,这期间两颗IRS-1卫星协同工作,将重访周期降低到11天。1994年,印度空间研究组织使用PSLV首次成功发射了IRS-P2遥感卫星,PSLV是印度大型火箭的源头,卫星倒是没有出奇之处,使用原有的LISS-2A和LISS-2B相机作为载荷。

IRS-1C全色卫星影像,其分辨率已达到5.8m,分辨率比中巴资源卫星01和02星明显高出许多。在寿命上该卫星更是远超中巴资源卫星。

1995年12月28日,印度使用俄罗斯的闪电号火箭发射了第二代遥感卫星IRS-1C,IRS-1C自重1250千克,采用三轴稳定方式,9.6平方米的太阳能电池板提供了809瓦的电力。IRS-1C卫星运行在倾角98.69度,高度817千米的太阳同步轨道,重访周期24天,卫星携带3台相机,分别是分辨率5.8米的线性扫描相机LISS-4(仅有全色模式,没有多光谱模式),分辨率23.6米的线性扫描相机LISS-3和分辨率189米的宽角扫描仪(WiFS)。1997年9月27日,印度使用PSLV火箭发射了姐妹星IRS-1D,其规格和IRS-1C基本一致。

中巴资源卫星一号升空比印度足足晚11年

在印度IRS-1A升空的同一年,中国和巴西签订协议开发资源卫星,11年后的1999年中巴资源卫星一号历经波折终于发射升空,但并不比IRS-1C性能更强,其多光谱CCD相机的分辨率为20米,没有全色相机。在寿命上,IRS则要强得多,IRS-1C运行了11年8个月,IRS-1D运行了12年3个月,远超3年的设计寿命。尽管中巴资源卫星01星设计寿命2年,实际运行3年10个月也属超期运行;中巴资源卫星02星设计寿命2年,实际寿命5年3个月更长,但都比IRS-1C/D逊色得多。

1996年3月21日和1999年5月27日,印度还使用PSLV火箭分别发射了IRS P3和IRS P4遥感卫星,在技术上也属于第二代遥感卫星,其中IRS P4遥感卫星专用于海洋监视用途,携带了海洋水色监视仪(OCM)多频率扫描微波辐射计(MSMR),是印度第一颗海洋卫星,又称海洋卫星一号(Oceansat-1),中国第一颗海洋卫星海洋一号A(HY-1A)于2002年5月15日发射,在时间上略逊一筹。

CARTOSAT-2卫星的模拟图,注意其具有较高技术含量的大口径光学镜头。

稍早一些的资源卫星(Resourcesat-1)系列

印度第三代遥感卫星的代表是资源卫星(Resourcesat-1)和绘图卫星(Cartosat-1/2)。印度空间研究组织2003年发射了资源卫星一号,又称IRS P6卫星。IRS P6卫星运行在高817千米倾角98.7度的太阳同步轨道上,重访周期24天(LISS-3)或5天(AWIFS)。卫星设计寿命5年,重量1360千克,三轴稳定方式, 载荷为LISS-4,LISS-3和AWiFS-A/B相机,其中LISS-4星下点分辨率5.8米(具备全色和多光谱模式),LISS-3星下点分辨率23.5米,AWiFS星下点分辨率56米。需要特别说明的是,AWiFS具有和LISS-3相同的4个波段,区别在于成像幅宽和分辨率,AWiFS幅宽为740千米,LISS-3为141千米。IRS P6卫星对比其他遥感卫星略为落后,但它比中巴资源卫星02B星总体还要强一些,02B星多光谱相机分辨率仍然是20米,增加了2.36米分辨率的全色相机。

绘图卫星(Cartosat-1/2)系列已有三颗升空

Cartosat-1卫星又称IRS P5卫星,它于2005年5月5日发射,运行在高度618千米倾角98.87度的太阳同步轨道,重访周期5天。卫星设计寿命5年,重量1560千克,电源功率1100瓦。主要载荷为2台全色相机,幅宽30千米,分辨率为2.5米,能在一年内完成印度本土的测绘工作。Cartosat-2卫星采用了不同的平台,其重量为680千克,电源功率900瓦,设计寿命5年。2007年1月10日Cartosat-2卫星发射,运行在高度630千米倾角97.91度的太阳同步轨道,重访周期4天。Cartosat-2卫星分辨率有了很大提高,全色相机分辨率高达0.8米,印度军方对于Cartosat-2的性能比较满意,它的同型号卫星不断发射。2008年4月28日Cartosat-2A发射,2010年7月12日Cartosat-2B发射,Cartosat-2系列三星高照,形成了相当强大的监视能力。

美国KH-12“锁眼”侦察卫星分辨率低于0.1米,是现今分辨率最高的光学侦察卫星。

印度军方并不满足于现有的侦察监视能力,后继的Cartosat-2C/D卫星仍在进一步研制,不过总体性能变动不大。真正的下一代遥感卫星是Cartosat-3系列,Cartosat-3A将在450千米高度轨道上实现小于0.5米的全色分辨率和大约1米的多光谱分辨率,这个性能在现有民用遥感卫星中是数一数二的。根据ISRO在2010年公开的文件,Cartosat-3A将在2014年发射。

印度发射Cartosat-2B后,曾有新闻提到这是分辨率世界第二的遥感卫星。尽管印度遥感卫星取得了很大的成绩,但这个消息仍然让人忍俊不禁。以分辨率来说,1971年发射的美国KH-9号侦察卫星就达到了2英尺(0.6米)分辨率,后继的KH-11和KH-12更有0.15米甚至低于0.1米的分辨率;法国1999年发射的太阳神1侦察卫星达到了1米分辨率,2004年发射的太阳神2提高到0.3米分辨率;今年6月发射的以色列的地平线9号分辨率低于0.5米,去年发射的日本的光学3号分辨率也到0.6米。在商业遥感卫星领域,2001年的Quickbird-2号就做到了0.61米全色分辨率,后来的Geoeye-1达到了0.41米分辨率,WorldView-1/2也做到了0.5米分辨率。对比世界先进水平,印度仍是二流的水平。

印度CARTOSAT-1卫星的2.5米分辨率图片产品,最新的中巴资源卫星都不及印度五年前的水平。

中巴资源卫星照片只能免费赠送

印度固然还有差距,但中国遥感卫星尤其是民用遥感卫星性能更差。我国虽然1981年就规划发展传输型遥感卫星,直到1988年和巴西签订协议发展中巴资源卫星才真正开始,1999年终于将我国第一颗传输型遥感卫星中巴资源卫星01星发射上天。中巴资源卫星到现在发射了01星,02星和02B星三颗卫星,是我国唯一的民用遥感卫星系列,但直到中巴资源卫星02B星,才配备分辨率2.36米的全色相机。中巴资源卫星02B星已经在今年5月结束业务运行,现在中国没有一颗民用遥感卫星,对比印度的多星高照,这叫人情何以堪?

即使在中巴资源卫星提供业务的时候, 中国民用遥感卫星也远不如印度,且不说Cartosat-2提供的卫星照片分辨率远高于中巴资源卫星,2.5米全色分辨率的Cartosat-1的卫片质量也比中巴资源卫星02B好。中国民用遥感卫星不仅在星下点辨率上落后于印度,还存在姿态控制精度不足导致的高分辨率下图像模糊化,此外CCD还有不小的图像噪声,无法实现理论上光学系统达到分辨率。这些差距,外在的表现就是中巴资源卫星的卫片是免费赠送,而印度IRS卫星则在向包括中国在内的众多国家收费销售。

2004年11月6日,中国发射“中国资源二号”03星,这颗服务于军用的遥感卫星全色分辨率达到了2米,但仍然远远落后于印度。

军用遥感卫星也逊色于印度

在民用遥感卫星外,我国还发展了一系列的军用传输型遥感卫星,不过从官方资料的八股文章判断,即使是军用遥感卫星,在性能上比印度遥感卫星也要略为逊色。中巴资源卫星系列国内编号资源一号卫星,资源二号卫星的01、02、03星,分别在2000年、2002年、2004年发射,但它们属于军用遥感卫星不对外销售卫片,后来虽然开放民用但仍存在诸多限制。

更何况资源二号全色分辨率只有3米,这个性能对比国内公开销售的主流外国遥感卫星,如法国SPOT5,日本ALOS,印度Cartosat-1都要差,自然毫无吸引力。新的军用成像遥感卫星使用遥感卫星编号,如2007年5月25日发射的遥感卫星二号。根据汶川大地震时公布的消息,遥感卫星二号具有2米的全色分辨率,这个性能对于普查来说基本够用,但对于获得详查信息就鞭长莫及了。即使民用尚且有所不足,何况用于军用,同时细心的读者也能发现,遥感卫星二号对比Cartosat-2卫星发射时间更晚,分辨率更差,军用卫星上当时中国也是落后于印度的。

2008年05月16日,胡锦涛在赶赴汶川灾区的飞机上研究抗震救灾工作。请注意地震4天后,他们使用的依然还只是普通地图。

汶川地震发生后向美国求援

汶川大地震对于国内的遥感行业来说,是个极为惭愧的话题。当时由于国内遥感卫星数量少质量差,迟迟不能获得震区的第一手详细资料,温家宝总理飞赴灾区,只能携带地图而不是震后的灾情态势图。为了获得灾区信息,除了使用国内遥感卫星和航拍外,还向发达国家寻求援助,获得法国、日本的高分辨率灾区信息和美国KH-12卫星0.1米超高分辨率的紫坪铺水坝图像等帮助,但时效性就大打折扣了,这实在令人痛心疾首。即使比不上美法等发达国家,但如果我们当时有几颗印度Cartosat-2水平的遥感卫星,又怎么会在天灾面前如此的被动?

落后的保密观念导致行业发展的落后

说到这里,笔者不得不谈谈国内遥感技术发展的体制问题。长期以来,遥感卫星都为并只为军队服务,由于同等技术水平下可以通过返回式卫星获得更高分辨率,再加上20世纪90年代投资不足,成像传输型遥感卫星发展很受影响。汶川大地震后,虽然获得重视追加投入,后继的遥感卫星分辨率达到了1米的水平。纵向对比发展迅速,但横向对比国外即使是印度,仍然处于落后状态。

中巴资源卫星02B星在2008年6月1日拍摄的北川震区图,卫星图质量显然不能满足实际需要。

由于严格的保密问题,国家巨额拨款研制的新型遥感卫星拍摄的卫片只能供军用,再看看国内每年大量购买外国更低分辨率的卫星图片,实在令人痛心不已。这种落后的保密观念和规定,不仅丢失了国内卫片市场,还使国内遥感测绘行业浪费了巨额资金,也令我国遥感卫星只能单纯依靠国家拨款发展,发展缺乏持续性和后劲,实在是亟需解决的问题,否则遥感卫星领域对外的技术差距,即使没有外国技术封锁,也很可能相对于印度进一步扩大。

外国技术封锁不应成为借口

说到外国的封锁,很多人都认为,我国成像传输型遥感卫星搞不好,就是因为外国封锁。印度人搞得好,是交流方便,更有甚至将差距归结到印度能选到好的CCD。外国技术封锁的确对我国带来了很大影响,而印度在对外技术引进和交流中获益甚多。印度能挑到更好的CCD,IRS-1A/B/C/D、IRS P4和Cartosat-1的镜片,直接采购法国萨基姆公司的优良产品。印度在Cartosat-1,Cartosat-2卫星的设计上,得到了以色列的大量技术援助,正在开发的0.5米分辨率的Cartosat-3,相机结构和法国发展的新一代民用遥感卫星昴宿星(Pleiades)几乎一样,这很难说是巧合。我国也在千方百计采购外国的先进部件如中巴资源卫的CCD,当然代价要大得多。但话说回来,我国中巴资源卫星02B等卫星受到轨控精度不足影响出现的糟糕的图象质量,很难推到遥感技术封锁上去,在卫星数据设计和图像后继处理上的很多影响卫片分辨率和质量的低级问题,也不是技术封锁能解释的。

中印在航天技术领域竞争,一直是两国民众关注的一个焦点问题。中国在运载火箭技术上确实领先印度不少,但不能忽视的是,在航天领域,卫星是另一个同等重要的制高点。近年来,中国虽然成功实施了神舟载人航天工程,也发射了嫦娥探月卫星。但在国民经济领域起着巨大促进作用的遥感卫星、通信卫星领域,国内仍然主要依靠进口卫星或卫星产品。

民用航天已逐渐变成一个商业化产业,中国只有将更多资源向遥感卫星、通信卫星等实用化产品倾斜,才有可能收获切实的经济利益和长远发展的安全红利。

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