為準確投送東風快遞，我們需要多少顆高分衛星？

2020-09-09 老粥科普

2020年8月20日，高分七號衛星正式投入使用，據公開消息報導稱，這是中國「高分專項系列衛星的完美收官」。然而還沒過去幾天，9月7日，高分十一號02星又成功發射。廣大網友們在欣喜之餘，也紛紛在問：高分衛星到底要發射幾顆？我們究竟需要多少顆高分衛星才夠用呢？

高分衛星成功發射

什麼是高分衛星？

高分衛星是「高解析度對地觀測系列衛星」的簡稱，是國家高解析度對地觀測系統重大專項工程（簡稱高分專項）的一個重要組成部分。高分專項衛星不是一顆衛星，而是一大類衛星的總稱，這類衛星總共有11個型號，它們的一個共同特點就是：解析度高。

1米解析度衛星圖像

高分衛星的解析度一般要達到十米級以上，主力衛星是米級，也就是從衛星傳回的圖像上要能識別汽車大小的物體。而更先進的亞米級衛星的解析度可以達0.5米，也就是可以判斷地面上跑的是人還是狗。當然啦，這指的都是民用級別的衛星，現代軍用偵查衛星的解析度可達釐米級，它能從天上看到你的車牌號。

美國「鎖眼4-B」衛星最高解析度只有1.8米

我們都有這樣的經驗，如果你不近視，在1米以內看書本上的文字問題不大，距離5米就吃力了，如果隔著50米或100米遠，別說書上的字了，書都未必看得清。衛星也一樣，由於鏡頭和感光解析度限制，它要想看清地面上的情況，需要儘量接近地面。

高分衛星通常是近地衛星

地球表面覆蓋著厚厚的大氣層，在距離地面100公裡的範圍內，大氣很稠密，這裡不適合衛星飛行，空氣的阻力會讓衛星減速並迅速掉落到地面上。越接近地面的衛星可以看的越清楚，但它的壽命也越短。所以航天大國發射高分衛星或偵查衛星，需要在解析度與衛星壽命之間找一個平衡點，民用級高分衛星的近地點軌道高度通常在500公裡左右，隨著空間光學技術的進步，這個高度的衛星解析度可以達到亞米級。

現代民用衛星解析度已經很高了

高分衛星都有些什麼用處？

航天愛好者和軍事迷們也許注意到，幾乎每次咱們發射高分衛星，新聞稿上都會說這顆衛星是用於「國土普查，防災減災，農作物估產，病蟲害防治......」等等。每當此時，大家都會調皮一下，調侃咱「大農業部又多了一顆衛星」，但彼此都心照不宣地樂開了花。

高分二號拍攝航母基地

在許多網友的心中，高分衛星 = 情報衛星，它就是為軍事情報服務的，目的就是「打航母」。這是一個美好的想法，但你也不能說這種想法完全不對，畢竟，高分衛星在天上啥都能看的清楚，無論是哪塊田裡的辣椒紅了，還是什麼地方新搭了幾頂軍用帳篷，又或者是航母開到了什麼地方。畢竟航空母艦300多米長，70多米寬，只要衛星不瞎，它在天上總能看見，更何況還是高解析度衛星呢！

被衛星拍攝到的美國航母

高分專項其實是一系列民用衛星，它拍攝的照片、傳回的數據在國家經濟的各個領域用處都很大。以前，我們要想修一條路架一座橋都得向外國買衛星地理圖片，現在有了自己的衛星，可以不用求人了。

高分七號拍攝大興機場

我們的高分衛星夠用嗎？

這是許多朋友關心的問題。

衛星夠不夠用，要看你拿來幹什麼用。如果真是像新聞稿上說的國土普查、土地確權、城市規劃、農作物估產等等，目前的衛星是夠用了。而要是跟蹤某些移動的目標，這十幾顆衛星就遠遠不夠。

為了抵消萬有引力，衛星需要以7.9公裡/秒的速度在太空飛行才能不掉下來，對於在橢圓軌道上飛行的衛星，它們在近地點時的軌道速度甚至會超過11公裡/秒。我們從地面看衛星，它會很快地掃過天空，大約每1~2小時，衛星就能繞地球轉一圈。

衛星沿極地軌道飛行示意

那麼，對於同一顆衛星，它每2小時就能在同一地點「過頂」一次嗎？並不是這樣。

高分衛星為了掃描全球圖像信息，它們通常都在太陽同步軌道上飛行。太陽同步軌道接近於極地橢圓軌道，它的軌道傾角大約在97°~98°之間，軌道高度大約為600~800公裡。換句話說，高分衛星是幾乎垂直於地球自轉的方向運轉的。

高分衛星大多位於太陽同步軌道

這樣的好處是，由於地球在自轉，衛星自己不需要做任何軌道調整不需要額外消耗燃料，就能掃描全球地面的圖像。

問題是高分衛星在拍攝地面圖像時，星上攝像頭掃描的寬度是有限的，解析度越高，意味著成像的幅寬就越小。高分一號衛星16米解析度多光譜相機的幅寬為800公裡，而2米解析度只能拍攝60公裡寬的地面圖像，它大約需要3天才能將地球全部掃描一遍。高分二號星（1米解析度）的重訪時間是5天，需要69天才能覆蓋全球。如果用這樣的衛星來跟蹤運動的航母，怕是黃花菜都涼了。

高分衛星掃描地球

你可能會問，能不能讓衛星飛得更快一些，將它的重訪時間縮短到1個小時呢？答案是不能。衛星在軌道上飛行，它的速度是固定的，如果速度加快，它就會脫離軌道，飛到遙遠的太空中去了。

好消息是，我們的高分四號是一顆地球同步軌道遙感衛星，它定位於距地面3.6萬公裡的地球同步軌道，可以時刻凝視我們遼闊的國土和海疆。並且，高分四號星上搭載的是包括紅外線在內的多光譜相機，即便是烏雲密布的天氣也能拍攝到地面的圖像。它的缺點是解析度沒那麼高，因為距離地面太遠，它只能拍攝400米大小的紅外圖像和50米大的近紅外/可見光圖像。不過，對於航母這樣巨大目標，跟蹤它應該問題不大。

高分四號拍攝渤海

利用高分四號時刻跟蹤，其它十幾顆高分衛星過頂查證，在一個小時內確定航母的坐標應該問題不大。

當然了，如果要與東風快遞配合使用，僅憑現有的高分衛星還是很難的。航母的移動速度很快，每小時能達40~60公裡，要想盯死航母把快遞包裹準確送到，我們還需要幾十顆高解析度衛星。

高分衛星多多益善

總之，高分衛星不嫌多，多多益善，加油發射就對啦！

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