美國國家研究委員會(NRC)近日發(fā)布的一項(xiàng)題為《地球科學(xué)與太空技術(shù)應(yīng)用：國家在未來十年及以后的緊迫任務(wù)》的報(bào)告。報(bào)告指出，美國科學(xué)家對全球的氣候、自然災(zāi)害和陸地表面變化的觀測能力正在逐漸減弱。原因之一是那些老化的衛(wèi)星設(shè)備的更新速度非常緩慢。據(jù)該報(bào)告推斷，到2020年，美國的地球觀測能力可能只有現(xiàn)在的25%。

　　負(fù)責(zé)起草報(bào)告的科學(xué)家認(rèn)為，對于利用衛(wèi)星監(jiān)測地球，最重要的就是在舊衛(wèi)星報(bào)廢之前發(fā)射新衛(wèi)星取而代之。如果沒有新老交替的重疊期，就很難匯集到能夠揭示發(fā)展趨勢、足夠精確、有意義的長期記錄。

　　報(bào)告建議說，政府應(yīng)從現(xiàn)在起一直到2020年，每年花費(fèi)約75億美元用于購置新設(shè)備和開展衛(wèi)星上的科研項(xiàng)目。

　　美國一些知名科學(xué)家對這份報(bào)告表示贊賞。他們指出，聯(lián)邦預(yù)算縮減是造成地球監(jiān)測工作受到威脅的原因之一。此外，美國航天局在工作排序方面將探測地球置于次要位置也是一個重要原因。

　　據(jù)《科學(xué)》雜志在線報(bào)道稱，NRC在2007年完成了一項(xiàng)為期10年的針對美國宇航局(NASA)地面觀測衛(wèi)星任務(wù)的調(diào)查報(bào)告，并成立了一個專家組對報(bào)告進(jìn)行復(fù)核。報(bào)告稱，這一觀測項(xiàng)目正面臨著威脅。據(jù)專家組表示，NASA曾試圖重點(diǎn)支持報(bào)告中提到的優(yōu)先項(xiàng)目，但是整個觀測網(wǎng)絡(luò)仍然由于一些長期任務(wù)的終結(jié)和新任務(wù)的推遲或取消等變故而蒙受損失。

　　報(bào)告還指出，NASA在保持技術(shù)前沿方面獲得了一些偉大的成就。比如2008年啟動的海洋表面地形測量任務(wù)，通過測量海洋表面高度以幫助了解海洋環(huán)流、氣候變化和海平面上升的情況。2011年6月NASA還啟動了“水瓶座”任務(wù)，建立了第一份有關(guān)全球海洋鹽分的每月評估圖。此外，2011年10月NASA開始的“國家極地軌道運(yùn)行環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)籌備項(xiàng)目”則著重于改善短期天氣預(yù)報(bào)，填補(bǔ)數(shù)據(jù)空白，目前，美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)正計(jì)劃在2016年啟動聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃以取代該項(xiàng)目。

　　“NASA總部在艱難的處境下，仍然出色地完成了任務(wù)。”美國馬里蘭大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)跨學(xué)科研究中心主任、參與該調(diào)查報(bào)告的NRC專家組成員、海洋學(xué)家Antonio Busalacchi表示，“但考慮到一些情有可原的因素，到2020年，這個看法可能發(fā)生改變。”

　　其中最大的一項(xiàng)因素是資金的缺乏。該報(bào)告曾預(yù)計(jì)美國政府的地球科研預(yù)算將恢復(fù)到2002年的每年20億美元的資助水平，但實(shí)際上，自從2007年后，該預(yù)算從未超過15億美元。這樣的財(cái)政狀況使一些曾獲推薦的項(xiàng)目無法得到執(zhí)行。而且由于衛(wèi)星的丟失、發(fā)射失敗以及缺少中級衛(wèi)星發(fā)射運(yùn)載工具，整個研究網(wǎng)絡(luò)也被削弱。美國目前僅有的一種中級衛(wèi)星發(fā)射運(yùn)載工具——“金牛座”運(yùn)載火箭，就在過去的四次發(fā)射中失敗了三次，其中包括2009年的“軌道碳觀測者”衛(wèi)星和2011年的“榮譽(yù)”號衛(wèi)星的發(fā)射。

　　此外，“任務(wù)蠕變”——即在項(xiàng)目進(jìn)行過程中由于科研需求的不斷增大所導(dǎo)致的成本上升——也導(dǎo)致了損失的產(chǎn)生。為了降低項(xiàng)目成本，委員會建議將項(xiàng)目成本最高額度加入考慮范圍內(nèi)，同時，將各個項(xiàng)目打包進(jìn)行整體考慮，而非單獨(dú)考慮每個項(xiàng)目的成本收益。Busalacchi認(rèn)為：“這樣一來，單個項(xiàng)目的科研潛力可能有所削減，但是整體帶來的好處將更大。”

　　報(bào)告還認(rèn)為，由NOAA負(fù)責(zé)的若干環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星項(xiàng)目原本將使NASA的整個研究系統(tǒng)得到補(bǔ)充完善，但由于NOAA面臨著自身的預(yù)算削減，這些項(xiàng)目并未得到落實(shí)。

　　Busalacchi指出，委員會并不是在指責(zé)NOAA，而是希望該報(bào)告能讓人注意到美國迫切需要一個國家層面上的地球觀測研究戰(zhàn)略。他補(bǔ)充道，發(fā)展這樣一個戰(zhàn)略的責(zé)任“超過了NASA和NOAA，已上升到白宮科技政策辦公室的高度。我們所執(zhí)行的路線是清晰的，但卻無法保持在一定水平上”。[page]

　　美國照相偵察能力依然領(lǐng)先世界

　　不過，美國在照相偵察衛(wèi)星方面的成果，仍然遙遙領(lǐng)先于世界各國。

　　DigitalGlobe、GeoEye這樣的商業(yè)照相衛(wèi)星公司每年都能獲得美國國防部幾十億美元的的資助，作為回報(bào)自然是這些公司的衛(wèi)星數(shù)據(jù)將在第一時間交給五角大樓作為軍事偵察衛(wèi)星的補(bǔ)充，而且規(guī)定美國本國的敏感區(qū)域的高清晰度照片在規(guī)定的時限內(nèi)不允許對外發(fā)售。

　　圖為最新的GeoEye-1衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖，其0.4米的分辨率，美國軍方1966年7月發(fā)射的KH-8型照相偵察衛(wèi)星就已達(dá)到，而至今俄羅斯、法國的軍用偵察衛(wèi)星分辨率才剛剛達(dá)到1米級別。

　　GeoEye公司目前擁有的三顆衛(wèi)星OrbView-2和3，以及IKONOS，其衛(wèi)星照片分辨率可達(dá)1米，2008年8月22日新的一顆GeoEye-1衛(wèi)星發(fā)射升空，GeoEye -1衛(wèi)星重約1955千克，運(yùn)行軌道距離地球684千米。

　　它的分辨率達(dá)到驚人的0.4米，超越原先的民用衛(wèi)星分辨率記錄——DigialGlobe公司的快鳥(QuickBird)的0.6米。

　　不過其距離美國軍方最強(qiáng)大、重達(dá)17噸、軌道可低至250千米的超重型軍用偵察衛(wèi)星KH-12的0.1米還有一定距離。而且，美國軍用衛(wèi)星分辨率早在60年代末就達(dá)到了0.4米的水準(zhǔn)。

　　2001年10月18日美國數(shù)字全球(Digitalglobe)公司成功發(fā)射了商用高分辨率衛(wèi)星快鳥(Quickbird)，地面分辨率達(dá)0.6米，是當(dāng)時世界上空間分辨率最高的商用衛(wèi)星。由于其質(zhì)量可與航片媲美，且成本低，精度高，更新周期短，使衛(wèi)星遙感影像逐漸成為制作城市大比例尺地圖的主角。

　　上圖為2007年9月發(fā)射的快鳥的改進(jìn)型號WorldView-1，分辨率提高到0.5米。[page]

　　快鳥(Quickbird)衛(wèi)星的拍攝范圍示意圖，0.6米分辨率高精度拍攝時視野寬度只有16.5千米(GoogleEarth里的城市高清晰圖片就是這樣獲取的)，粗精度、廣范圍拍攝時視野可達(dá)456千米，但這時的分辨率只有30米(GoogleEarth里的自然地域粗精度圖片就是這樣獲取的)。

　　GeoEye-1衛(wèi)星每天40次通過無線電波向美國阿拉斯加州、維吉尼亞、挪威和南極洲的4個地面站下傳加密的圖像數(shù)據(jù)。

　　資料圖:衛(wèi)星拍到的朝鮮空軍基地。由于獲取軍用偵察衛(wèi)星的照相成果的重重限制，自身民用遙感衛(wèi)星的分辨率又非常低(約50米)，和世界上的其他國家一樣，中國國土資源部門是Quickbird衛(wèi)星的重要用戶，各地每年都大量購買Quickbird衛(wèi)片以供國土資源工作之用。Quickbird衛(wèi)片的價格大約是每平方公里30美元，如果只是單純好奇看看的話，使用Quickbird衛(wèi)片制作的谷歌地球(GoogleEarth)免費(fèi)軟件就能滿足大眾的需求。

　　由于中國國土資源部門和DigitalGlobe有長期的緊密合作關(guān)系，在四川汶川大地震后，DigitalGlobe公司就及時免費(fèi)提供了快鳥(Quickbird)衛(wèi)星的震區(qū)照片，以供救災(zāi)所用。這是拍攝到的紫坪鋪水壩。

　　衛(wèi)星的軌道示意圖，每天2-3次經(jīng)過中國上空。不過，幾顆民用衛(wèi)星就能提供“不間斷的衛(wèi)星圖”純屬夸張，由于照相衛(wèi)星視野有限(拍攝高精度圖像時的典型視野寬度是10-20公里)，單顆衛(wèi)星對同一地點(diǎn)的重訪時間一般要3天之后。但幾十顆軍用衛(wèi)星星座就能基本滿足提供“不間斷的”衛(wèi)星偵察需求，目前擁有這一實(shí)力的，只有美國。[page]

　　美國主要軍事衛(wèi)星系統(tǒng)簡介：

　　先進(jìn)極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)通稱：AEHF 它是“軍事星”的替代者，用于全球范圍的的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)指揮與控制通信，容量是軍事星-2的5倍，但體積更小。 功能：EHF通信 運(yùn)營者：軍事衛(wèi)星司令部 JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：計(jì)劃2006年12月 星座：3-5顆 軌道高度：22，300英里 承包商：洛克希德馬丁、諾格公司 動力裝置：N/A 尺寸：N/A

　　先進(jìn)極地系統(tǒng)通稱：APS 下一帶極地通信系統(tǒng)，為北部極地的飛機(jī)、潛艇和部隊(duì)提供所需的部分極地通信能力。 功能：EHF通信 運(yùn)行者：軍事衛(wèi)星司令部JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：大約2010年 星座：2 軌道高度：22，300英里 其他不詳

　　先進(jìn)寬帶系統(tǒng) 又稱：AWS 替代國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)和寬帶填隙系統(tǒng)。目前的概念類似商用衛(wèi)星，采用大容量的SHF，INTERNET協(xié)議，激光交叉鏈接，為飛機(jī)和地面移動部隊(duì)提供大功率的戰(zhàn)術(shù)通信。 功能：寬帶通信 運(yùn)行者：軍事衛(wèi)星司令部JPO;空軍太空司令部 首次發(fā)射：計(jì)劃2009年 星座：3-6顆 軌道高度：23，300英里國防氣象衛(wèi)星計(jì)劃又稱：DMSP 衛(wèi)星收集空中、地面、海上、和太空環(huán)境數(shù)據(jù)以支援全球戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)軍事行動。運(yùn)行控制權(quán)1998年移交給NOAA。功能：環(huán)境監(jiān)測星座：2 軌道高度：575英里

　　國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)-3 又稱：DSCS 抗核打擊、抗干擾，為戰(zhàn)場指揮官提供緊急指揮與通信傳輸。功能;甚高頻 通信運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1982年10月星座：5 在軌：13 軌道高度：22，000英里

　　國防支援計(jì)劃(衛(wèi)星系統(tǒng))又稱：DSP 用于戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的探測運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1970年11月星座：保密在軌：保密軌道高度：22，000英里

　　全球廣播系統(tǒng)又稱：GBS 寬帶通信系統(tǒng)，最初利用租借的商用衛(wèi)星，后用軍事系統(tǒng)為戰(zhàn)場提供數(shù)字多媒體數(shù)據(jù)通信。功能：高帶寬的數(shù)據(jù)圖象和視頻通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1998年3月(第二階段有效載荷搭載在UFO星上)星座：3 在軌：3 軌道高度：23，230英里

　　全球定位系統(tǒng)又稱：GPS 衛(wèi)星軍民兩用，能在任何時間對地球任何位置進(jìn)行精確定位。BLOCK-2于1997年中期取代舊的定位衛(wèi)星，第一顆BLOCK2R-M兩頻道軍用星在2004年發(fā)射。下一代第三頻道BLOCK2F星在2006年發(fā)射，設(shè)計(jì)壽命延長，有更快的處理器和新的民用信號。GPS3后一代星初步計(jì)劃在2012年發(fā)射，具有先進(jìn)的抗干擾和高質(zhì)量數(shù)據(jù)性能。功能：全球?qū)Ш竭\(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射：1978年2月22日(BLOCK1)星座：28 軌道高度：12，600英里

　　軍事星衛(wèi)星通信系統(tǒng)又稱：MILSTAR 聯(lián)合通信衛(wèi)星為戰(zhàn)時提供保密、抗干擾通信功能：EHF通信運(yùn)行者：空軍太空司令部首次發(fā)射;1994年2月7日星座：5 在軌：5 軌道高度：22，300英里

　　移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)(又名先進(jìn)窄帶系統(tǒng))通稱：MUOS 下一代窄帶UHF戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星用來替代UHF后續(xù)衛(wèi)星。初始發(fā)射計(jì)劃于2007年。功能：UHF戰(zhàn)術(shù)通信首次發(fā)射：計(jì)劃2009年運(yùn)行者：海軍星座：4加備份在軌：無軌道高度：22，300英里

　　極地軍事衛(wèi)星通信(系統(tǒng))(又稱過渡極地和附屬極地)美國空軍在一顆主極地軌道衛(wèi)星上部署了一個改進(jìn)型海軍EHF有效載荷為部隊(duì)提供過渡的極地通信能力。極地2號和3號型計(jì)劃2004年和2006年相繼發(fā)射。功能：EHF極地通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1997年星座：3 在軌：1 軌道高度：25，300英里(極點(diǎn))

　　天基紅外系統(tǒng)-高軌通稱：SBIRS HIGH 用于導(dǎo)彈預(yù)警、導(dǎo)彈防御、戰(zhàn)場描述和戰(zhàn)術(shù)情報(bào)的一種先進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)初始將用來補(bǔ)充國防支援計(jì)劃衛(wèi)星，并最終取代。功能：紅外太空監(jiān)視運(yùn)行者：AFSPC 首次發(fā)射：計(jì)劃2007年星座：4顆GEO星，一顆備份，在高橢圓軌道上有兩個傳感器。在軌：無。

　　天基雷達(dá)通稱：SBR 用于在太空跟蹤戰(zhàn)場移動目標(biāo)。運(yùn)行者：SMC/NRO(開發(fā)與采購);AFSPC 首次發(fā)射：2012年星座：待定承包商：洛馬和諾格公司

　　空間跟蹤和監(jiān)視系統(tǒng)(舊稱SBIRS-LOW)通稱：STSS 海外監(jiān)視和跟蹤衛(wèi)星。用于跟蹤彈道導(dǎo)彈的發(fā)射和著陸。該系統(tǒng)是多層彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的傳感器部分，與SBIRS-HIGH系統(tǒng)共同組成。功能：紅外監(jiān)視首次發(fā)射：計(jì)劃2007年進(jìn)行研究與開發(fā)。運(yùn)行者：導(dǎo)彈防御局;空軍太空司令部星座：2 承包商：諾格公司

　　轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)通稱：TSAT 聯(lián)合通信衛(wèi)星旨在為戰(zhàn)場提供戰(zhàn)術(shù)級的類似INTERNET的鏈接。激光交叉鏈路向地面用戶的傳輸時間大大縮短。計(jì)劃于2012年發(fā)射，用來替代先進(jìn)極高頻系統(tǒng)。目前處于設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)論證階段。功能：EHF通信運(yùn)行者：MILSATCOM JPO;空軍太空司令部首次發(fā)射：2012年星座：5 在軌：無軌道高度：22，300英里

　　特高頻后續(xù)衛(wèi)星通稱;UFO 能提供保密、抗干擾通信的新一代衛(wèi)星。替代FLTSATCOM衛(wèi)星。功能：UHF和EHF通信運(yùn)行者：海軍首次發(fā)射：1993年3月25日星座：4顆主星座，4顆多余星座在軌：9 軌道高度：22，300英里承包商：波音

　　寬帶填隙系統(tǒng)通稱：WGS 高速率衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，(主要為商業(yè)產(chǎn)品)。用來填補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)——DSCS和GBS——和AWS之間的空隙。功能：寬帶通信和點(diǎn)對點(diǎn)服務(wù)(KA、KU、X頻段)運(yùn)行者：AFSPC 首次發(fā)射：計(jì)劃2006年星座：3-5 軌道高度：GEO 承包商：波音

　　說明：最近，美國國家偵察辦公室披露其正在開發(fā)一種新的衛(wèi)星系統(tǒng)，ORCA，即光中繼通信結(jié)構(gòu)。這是下一代激光和射頻通信衛(wèi)星，通信能力至少是現(xiàn)有系統(tǒng)的10倍。包括發(fā)射時間等細(xì)節(jié)尚屬保密，但國防部和國家偵察辦公室將ORCA列入轉(zhuǎn)型通信結(jié)構(gòu)(TSAT)計(jì)劃中，作為TSAT和其他下一代系統(tǒng)的補(bǔ)充。