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改变世界的人造地球卫星

(2006年09月26日 13:19:02)
来源:《太空探索》

□作者: 庞之浩

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  冷战结束前,提供战略通信服务是军用通信卫星的主要应用方向。冷战结束后,随着各种地区性冲突的频繁出现,由军用通信卫星提供战术通信服务已成为军队的迫切需求。目前,在军队的现实需求牵引下,军用通信卫星正向着战略战术结合方向发展。
  与一般通信卫星相比,先进的军用通信卫星常采用抗核加固、抗干扰、极高频、自适应天线调零、扩展调频 、跳频、交叉链路、星上信号处理和核能源等新技术,因而具有保密性强、灵活机动、抗干扰等优点,并能减少对地面站的依赖。
  链接:军用通信卫星按频率可分为特高频(300~3000兆赫兹)、超高频(3~30 吉赫兹)和极高频(30~300吉赫兹)3类。特高频卫星成本低,但易受干扰;超高频卫星比特高频卫星抗干扰能力强;极高频卫星抗干扰能力最强,可提供的频带也宽,易于实现星上处理。
  美军将整个卫星通信系统集成为军事卫星通信体系。在该体系内,根据任务和技术特点分成了宽带、窄带和防护3个系统。宽带系统主要使用国防卫星通信系统三号和“特高频后继星”上的“全球广播系统”转发器;窄带主要使用“特高频后继星”卫星;而防护系统主要是“军事星”。
  
  8.用户终端
  卫星通信地球站是卫星通信系统的重要组成部分,直接为用户提供服务。它们有多种,如按工作频段可分为C频段站、Ku频段站和Ka频段站;按安装方式可分为固定式站和可移动式站,其中可移动式站又包括搬迁式站和移动中可通信站,前者能折叠运输,后者可装在车、船或飞机上随时通信;按用户性质分,可分为军用地球站、民用地球站、通信用地球站和广播用地球站等。现最常用的是按业务系统分,即分为国际通信卫星地球站、国际移动卫星地球站和国内通信卫星地球站等。
  甚小孔径终端(VSAT)是一种智能化的超小型地球站。它的天线直径很小,一般在2米以下,可以直接安装在用户的房顶上。其天线之所以能够很小,主要是采用了新的微电子、数字处理和计算机等高新技术,并把一些复杂技术交给了卫星或中枢站去解决了,减轻了用户终端的负担。VSAT站能很方便的组成不同规模、不同速率、不同用途的网络系统。
  
  眼观六路的千里眼
  
  号称“千里眼”的遥感卫星是一种利用卫星上所装载的遥感器对地球表面和低层大气进行光学或电子探测以获取有关信息的应用卫星。它将人类认识地球、研究地球的视点从地面、低空扩展到太空,从而可以利用各种遥感器对地球进行连续的、快速的、大面积的详细观测。
  
  1.四大天目
  遥感卫星之所以神通广大,不仅因为它位置“得天独厚”,而且由于它载有先进的遥感器。它一般载有可见光、红外、多光谱和微波4类遥感器。可见光遥感器能把人眼可见的景物真实、直观、清晰地再现出来,地面分辨率高,易于判读;红外遥感器的优点是可在夜间工作;多光谱遥感器因能获得更多的信息,所以判断和识别资源更容易;微波遥感器具有穿云破雾、夜间工作能力,是一种全天时、全天候的遥感手段。所以,根据不同探测目的,遥感卫星上装载有可见光相机、红外相机、多光谱扫描仪和合成孔径雷达等不同的遥感器。
  
  2.各显神通
  根据卫星的主要用途,遥感卫星可分为气象卫星、资源卫星、海洋卫星和侦察卫星,它们各有所长,用途不一,主要区别在于时间和空间分辨率及谱段。
  气象卫星的轨道较资源卫星高,所以观测面积大,但空间分辨率较低,不能起到详细观测的作用。其中极轨气象卫星运行于600~1400千米高度的太阳同步轨道,以1千米~4千米的分辨率沿飞行轨道对地面数千千米宽的条带进行观测,每天可绕地球运行14圈,能够对全球任一地点观测2次。
  资源卫星一条轨道上所能扫描的观测带不如气象卫星那么宽,对全球观测一遍时间较长。它一般运行于700~900千米高的圆形太阳同步轨道,10~30天可观测地球一遍。星上主要遥感器有可见光相机、多光谱扫描仪和红外相机等。其遥感图像的分辨率一般为10~20米,最高可达0.61米。
  资源卫星与侦察卫星大同小异,主要差别是使用的频谱和对地面分辨率的要求不同。前者要求用多频谱工作,能识别地面和地下的各种特征,分辨率可以不要很高;后者主要用可见光或近红外照相,分辨率在1米以内。根据数据采集和传送方式的不同,遥感卫星也能分为数据传输型卫星和返回式遥感卫星。
  
  3.叱咤风云
  气象卫星主要用于探测和监视全球大气、地面和海洋状况。除气象应用外,气象卫星的遥感数据还广泛应用于海上船舶航行、捕鱼、自然灾害监测、冰情预报等众多非气象领域。
  自从1961年4月1日美国发射第一颗试验气象卫星泰罗斯一号以来,使气象监测工作发生了根本的变化, 大大提高了气象预报的准确度,对减灾、环保等许多方面也很有帮助。它可以近实时地获得全球的天气变化状况,提供常规观测手段无法获取的大量宝贵信息,完全改变了过去两极地区、沙漠、森林和占地表70%的海洋是气象观测空白区的局面,从根本上解决了广大海洋水域和人烟稀少地区气象资料观测不足的难题。自从有了气象卫星,就再也没漏过一次台风预报。
  气象卫星又可细分两种,一种是极轨气象卫星,另一种是静止气象卫星。极轨气象卫星每天可绕地球运行14圈,分辨率高,适于全球长期天气预报。静止气象卫星可对卫星下方40%的地球进行连续观测,最大特点是可对观测区域实施多时次的频繁观测,特别适合监测生命期较短而危害又大的强对流灾害性天气,适于地区性短期天气预报业务。
  链接:气象卫星的最大特点是具有很短的覆盖周期。其中极轨气象卫星可实施全球覆盖,每天对同一地区观测2次;静止气象卫星可持续不断地对同一地区观测,每隔30分钟即可获得一幅地球圆盘图像。两种卫星互相补充,基本可以做到对全球的连续监测。
  气象卫星是用其上的遥感器来探测地球大气的气象要素和天气现象。它所携带的各种气象遥感器能接收和测量地球及其大气层的可见光、红外和微波辐射,并将它们转换成电信号传回地面。然后复原绘制成各种云层、地表和洋面图片,在经过进一步处理和计算,即可得出各种气象资料。这些资料可供研究大气运动和为天气预报服务。
  目前主要使用的气象遥感器有成像仪和垂直探测器2类。前者选用的遥感光谱段都在大气窗区,用于透过大气层观测下面的云和地表状况;后者选用的光谱段则位于大气吸收带及其边缘,它利用大气在这些波段对光谱的吸收和放射与大气中某些组成成分的含量及温度有关的这种性质,通过对这些光谱段的观测反推大气微量组成成分的含量及大气温度垂直分布。
  链接:因为需要不同,每颗气象卫星上的遥感器也不完全一样。星上气象遥感器的光谱段一般都要经过精心选择,有特定用途,称为通道。通道越多,观测的范围就越大,但气象遥感器也就越复杂。
  军用气象卫星与民用气象卫星没有太大差别,只不过星上遥感器配置有所不同,而且分辨率更高、保密性更好。
  
  4.高瞻远瞩
  资源卫星是当代最先进的勘测手段,具有大范围、快速、定期和综合观测等优点。它不仅使人类从新的高度观测地球上的千变万化,还把人的视觉从可见光扩展到紫外、红外及微波辐射区,从而发现了许多以前因人迹未到或手段落后而没找到的自然资源,并节省了大量人力、物力和财力。此外,和气象卫星类似,资源卫星还是环保、减灾能手。
  链接:从物理学知道,地面上的任何物体每时每刻都在不断向空间辐射或反射着电磁波,由于它们的性质和特点不同,辐射或反射电磁波的能力也不同,这就好像我们每个人的指纹都不同一样。人们利用卫星上的遥感器,把不同地点的各种物质所辐射或反射的电磁波能量记录在胶片或高密度磁带上。遥感信息通过无线电波传输给地面接收站,经过几何校正、辐射校正以及投影变换后,得到比较真实的图片或电信号,然后进行判读。
  

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