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席亚洲:马航失联事件 中国卫星做了什么
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(博讯北京时间2014年3月27日 转载)
    来源:搜狐
    
     马航客机失联事件发生后,中国展开了史上最大规模的搜救行动,在这次行动中,除了动用海军的多艘舰艇和海空军的多种型号飞机进行海上搜救,同时为了便于展开大范围的观测搜救行动,我国还调用了10枚卫星参与搜救行动。

    
    动用10枚不同型号的卫星,对一架失踪民航机展开搜救,这在人类历史上还没有先例。在2009年6月1日法航447班机失踪事件中,法国为了寻找这架失踪的客机,也曾向美国请求调用卫星。但最后的调查报告显示,那次事件中美国卫星的主要任务并不是直接搜索,而是提供空中风暴的相关情况,在空难原因分析中发挥了一定的作用。
    
    相比之下,中国这次搜寻马航客机则完全是一场完整的太空“战役级”行动。从目前公开的情况来看,我国调用的10枚卫星均属民用卫星,包括“风云”气象卫星、“海洋”海洋调查卫星、“遥感”遥感卫星和“高分”高分辨率民用卫星四种。这其中,我国“高分”系列卫星还只发射了“高分1号”一枚。围绕这颗卫星,曾有许多神话般的传说笼罩,比如称这枚卫星具备发现隐身飞机的能力,比如称这是中国的一颗重要军用卫星等等。
    
    但事实上“高分”是“遥感”系列的延伸系列,这枚卫星本身也是从“遥感”系列基础上发展而来的,同时它也并非专门的军用卫星——当然不能否认,它有一定的军用潜力,对于很多国家而言,“高分”1号的性能足以满足它们对于军事侦察卫星的需要。但高分一号并非军事卫星,其任务使用权由中科院遥感所掌握。
    
    “高分1号”一投入使用果然就有所收获,先后发现了多个可疑海上漂浮物,虽然经水面舰艇和直升机观察后最终确认并非飞机残骸。
    
    同时,“高分1号”的前辈,“遥感”系列卫星也发挥了作用,由于泰国湾水深较浅,这些具备多光谱成像能力的卫星可以对水下目标进行一定程度的搜索。当时也同样有所发现,找到了一处可疑水下条状物,最终也被证实并非坠毁的飞机。
    
    “风云”卫星主要为舰艇提供气象保障,“海洋”卫星则负责进行大面积海洋搜索,包括对海流情况进行调查,以便对可能存在的漂浮物可能的漂流情况进行推测,为进一步搜救提供水文情况支持。
    
    尽管上述卫星或多或少都有所发现,展示了它们的能力,但是到目前为止,它们也未能给搜索行动带来决定性的突破。
    
    另一方面,澳大利亚昨天宣称通过卫星发现了在澳大利亚以南海域存在很可能是飞机残骸的漂浮物,并已派遣P-3、P-8反潜巡逻机前往调查,中国海军搜索舰队也迅速改变航向,向南印度洋而去。然而发现疑似残骸的这片海域水深达3000米,不亚于当年法航447航班坠毁的大西洋深处。后续的搜索无疑会更加艰难,或许中国后续还要动用深潜装置甚至核潜艇进行搜索和探摸。
    
    这让一些读者感到些许失望,有人开始怀疑中国卫星的能力,因为在澳大利亚海域发现疑似残骸的是一颗美国的民间照相卫星的资料。那么在这场卫星搜索中到底为何“高分1号”没能第一时间发现目标?如果中国调用军用卫星,就能获得更好的搜索效果吗?
    
    对于这些问题,很难给出一个笼统的答案,笔者在这里根据公开资料,做一些粗浅的分析,供读者参考。
    
    首先,我们要谈一谈卫星侦察的原理及其局限性。
    
    现在,侦察卫星一般使用扫描式光学相机,它的特点是成像精度高。这意味着卫星只能拍摄位于其正下方的一条条状带。因此要尽可能覆盖到全球表面就需要采用一条特殊的轨道,即太阳同步轨道,也就是说卫星与太阳在地球上的投影保持同步关系,这样卫星就可以经过地球表面的每一个点,并进行拍摄。
    
    早期卫星使用胶片,因此无法对地球表面进行连续观察,只能在飞越特定目标时进行成像,然后在回到本国上空时扔下返回舱供地面收集判读。
    
    人类第一枚侦察卫星是美国的“发现者”号,它的成像精度是15米,后来随着技术进步,成像精度越来越高。卫星也不再需要使用胶片返回舱,而改用无线电装置发送图片到地面的方式,从而进行连续观测。
    
    据公开报道,美国目前主力军用卫星KH-12在成像精度可达0.1米,当需要详查某个目标而降低轨道后,甚至可以达到0.04米。0.04米意味着卫星可以有效看清地面上士兵手里拿着的武器是步枪还是机枪。它的镜头系统也已经达到相当庞大复杂的程度,是由一组反射镜阵列组成,卫星大小接近一艘宇宙飞船。当然,某些夸张的说法认为卫星可以看清地面上的人手中报纸的头条标题,那还是当前技术无法企及的水平。
    
    到90年代以后,随着信息技术广泛使用,尤其是图像处理软件技术的进步,高清晰地面图像不再是大型军用卫星的专利。较为廉价的小型民用卫星也可以取得相当惊人的成像效果了。高分一号作为我国第一枚民用高分辨率光学卫星,其成像精度约为2-8米,最高精度可达1米。后续计划的高分系列卫星还将进一步提高精度。
    
    目前世界上民用卫星中,成像精度最好的恰恰就属于这次在澳大利亚找到疑似残骸的“数字地球”公司。
    
    这家公司成立于1992年,当时美国国会通过了对地遥感图像商业化的法案,允许私人公司进行对地遥感观察用于商业用途。迄今为止,“数字地球”已经研制了5颗卫星,所有卫星都从美国范登堡空军基地发射升空。其中2009年发射的“世界眼2”卫星的成像精度据称达到0.46米,而正在研制的“世界眼-3”卫星精度高达0.25米,这样的精度足以满足大部分商业甚至军事需求。“数字地球”的最大用户是美国政府,尤其是国防部,具有明显的军民两用色彩。当然,外国政府也可以购买该公司的照片数据。这次澳大利亚就是通过对该公司的卫星照片进行判读而找到两块疑似残骸的。
    
    这里必须指出,分析卫星拍摄成果同样是个艰巨任务。现在已经有一些图像处理软件可以进行辅助判读工作,但是要真正从卫星照片上看出些门道来,经验丰富的卫星照片判读员依然不可取代,也无法避免出现一些判读的失误。历史上最著名的卫星笑话大概就是美国把福建土楼当做中国洲际导弹发射井了。而从卫星照片搜索飞机的残骸当然要更加复杂,主要是因为无法事先确定飞机残骸的外形,用软件进行判读的话难以设置目标外形特征变量。目前很可能只对海上所有一定尺寸以上的目标进行定位,然后逐个排查。
    
    高分1号此前找到的两块碎片实际上和数字地球卫星找到的两块碎片性质差不多,都是海上的大尺寸不明漂浮物。可见这可能是目前唯一可行的搜索办法。
    
    有人会问,卫星不是能够对海洋进行监视,并搜寻航空母舰一类的水面舰艇吗?找不到飞机是否意味着这个能力也不可靠呢?
    
    这就涉及到现代海洋监视卫星的工作原理了。目前,海洋监视卫星的主要原理有两种,一种是雷达监测卫星,一种是无线电监测卫星。前者是在卫星上安装雷达对广阔海面进行搜索,由于海上舰艇的巨大雷达反射面积,因此它只能搜寻够大的海上目标;而后者则是通过追踪水面舰艇发出的无线电信号来追踪其位置,如果目标采用无线电静默,它就没有什么用处了。可以看出,它们对于在水中载浮载沉、甚至悬浮在水中的飞机残骸都没有什么搜索跟踪能力。同样,P-3,P-8海上巡逻机和中国图-154雷达侦察机上,号称能发现水面上漂浮的罐头盒的反潜搜索雷达对这类目标也只能说是碰运气,因为残骸会在水中沉浮不定。更雪上加霜的是,现代海洋上漂浮的海洋垃圾数量巨大,它们也成了搜索飞机残骸的“假目标”。
    
    在目前的技术水平下,不论是卫星,还是飞机雷达发现的可疑目标,都要指望海面搜索的飞机和舰艇对目标进行近距离目视观察,才能确认其性质。这也就是为什么中国在最初几天出动图-154侦察机,对泰国湾目标海区进行雷达成像搜索后,又继续派遣目视观察为主的IL-76和运-8运输机的原因,这两种飞机续航力较强,尤其还可以在货舱内携带燃料,进一步延长航程,同时在低空飞行时利用机上人员的望远镜对目标进行观察确认。虽然目视观察看似原始,但可能是目前最有效的搜索方法。目前澳大利亚已经开放基地允许我空军运输进驻该国机场,搜索工作显然还将消耗更多的人力物力。
    
    除了目视和可见光成像,目前另一种可能对搜索有帮助的卫星就是多光谱卫星,它们能够通过对目标的紫外、红外光谱进行成像来确认目标的物质构成。中国的多光谱卫星在对北京市某幢建筑进行成像的时候,甚至可以分辨出建筑不同部位采用了不同材料。它们可以用来识别光学卫星对海面搜索所发现的目标性质,减少海上空中目视观察的浪费。同时它们甚至可以穿透一定的水层对海下目标进行分辨,但是目前,澳大利亚发现飞机疑似残骸的海区水深达3000米,多光谱卫星对这样的深水目标将没有足够的识别能力。
    
    此外,这次客机失联后,还有一些平时低调的卫星也偶尔占据了新闻版面。首先,失联后没几天,美国国防部就有官员声称美国的卫星监控系统未发现爆炸火光,所说的无疑就是美国的高空红外监视卫星。这种大型卫星停留在距离地面36000公里的同步轨道上,外形看起来就像是一个冲着地球的哈勃太空望远镜,在这个高度上,地面目标的细节是无法分辨的,但是这个卫星的主要任务就是检测火光,其主要目标是观测全球的火箭发射和大规模爆炸闪光。它是一种战略预警卫星,可以有效监视别国的导弹和火箭发射,以及大规模的爆炸。如果客机坠机并发生爆炸燃烧,这种卫星确实有可能看到。
    
    但如果飞机没有发生这样的爆炸,比如法国447航班空难,飞机始终未发生起火燃烧,而是失速后以很低的速度撞入海中,红外预警卫星当然也就不会看到。其实红外预警卫星对于飞机坠毁的火光这样的目标有一定的漏报率,因为它的主要任务是监测导弹发射时长时间的火光,而地面上的火光往往不止是导弹发出的,日出日落也会对卫星造成影响。历史上美国卫星就曾将日出的阳光当成是苏联大规模发射洲际导弹。后来为了降低虚警率,卫星的软件显然做过一定修改。而今许多新一代洲际导弹采用速燃技术,尽量降低第一级火箭燃烧时间从而更有效地避免红外预警卫星的报警。这说明红外预警卫星的监视能力绝非万无一失,所以这个报道也只能是一种道听途说,当不得真。
    
    除此外,这次失联事件中发挥重大作用的还有通讯卫星,尤其是最后确定飞机可能位置的海事通讯卫星。
    
    这次事件中,我国先后调动卫星估计已经超过30颗,其中至少有10枚做了轨道调整,由于卫星的运行寿命与星上搭载的燃料量有关,临时调动卫星就等于大幅度消耗卫星的在轨寿命,这是极为昂贵的代价。不过,除美国之外的所有国家就算想付这个代价,也没资格去付,就连继承苏联丰厚遗产的俄罗斯,目前也丧失了这个能力。马航失事的搜索工作或许还要持续一段时间,但中国展现的搜索能力已经充分展现了世界性大国的实力,证明了中国人比大多数国家要多一份安全保证。 (博讯 boxun.com)
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