“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”的诗句是天马行空的想象,而在人类进入太空时代的今天,这种奇思妙想正成为触手可及的现实。地球的上空,一颗颗人造卫星传回的影像使人类的视野无限扩大。随着商业遥感卫星技术与市场的成熟,一些国家开始重视高分辨率卫星图像商业化问题,高分辨率卫星影像在许多领域有无限的应用前景。本刊综合了世界各国在轨商业遥感卫星的有关情况,以飨读者。
美国
从太空时代开始以来,美国就在地球观测卫星领域及发展方面处于领先地位。20世纪90年代出现的美国商业遥感计划,不仅仅是因为一些竞争激烈的企业投机而追寻一个新的市场,而是从20世纪60年代就发展起来的美国民用和国家安全计划的产物。美国目前有太空成像公司、数字地球公司、轨道成像公司三大商业遥感卫星公司。
空间成像公司(SPACE IMAGE)为一家私营公司,成立于1994年。1996年11月,该公司收购了经营“陆地卫星”的地球观测卫星公司。1999年9月24日,该公司的IKONOS-2卫星发射成功并实现业务运营,这是世界首颗商业运营的高分辨率遥感卫星,从此揭开了民用高分辨率对地观测的新纪元。
数字地球公司的前身地球观测公司,是于1995年由鲍尔宇航技术公司和世界观测成像公司合并而成,早在1993年1月世界观测成像公司就已获得运行商用高分辨率遥感卫星——晨鸟-1的许可证。数字地球公司的主要任务就是发射并运营“晨鸟”和“快鸟”两个系列的高分辨率遥感卫星。最终,该公司将建成由两颗“晨鸟”和两颗“快鸟”卫星组成的4星星座,其中两颗“晨鸟”卫星分辨率为3m,两颗“快鸟”卫星在倾角较低的轨道上一前一后运行,从而整个星座就可以对全球实现最大限度的覆盖。
轨道成像公司成立于1993年11月,是由轨道科学公司牵头的一家合营公司,独立研制和发射了“轨道观测”遥感卫星。为了降低卫星造价,提高其图像产品在市场上的竞争力和对客户的吸引力,轨道成像公司在卫星的设计中尽量采用现成的技术。1997年8月,轨道成像公司发射了轨道观测-2,即“海星”,该星可获取1km分辨率的海洋图像。1999年9月,轨道成像公司与地理信息系统的先驱ESRI公司联合,分发称为“轨道观测城市”的卫星数据,数据中含有特殊的地理信息,分辨率达到1米,用以研究美国大城市的扩张状况。
伊克诺斯卫星
目前在轨的伊克诺斯(IKONOS)卫星是美国空间成像公司于1999年9月24日发射升空的世界第一颗高分辨率商用卫星,也称IKONOS-2。在此之前,雅典娜2火箭曾在同年4月27日发射了IKONOS-1卫星,但因火箭整流罩分离问题致使卫星未能入轨。IKONOS卫星可拍摄到地面上直径不足1米的物体的全色(黑白)图像和直径仅3.28米的物体的多光谱图像。
IKONOS卫星每天绕地球飞行14圈,每3天就可以以0.8米的分辨率对地面上的任何一个区域进行一次拍摄。若降低分辨率,它每天都可以重访一次同一区域。卫星在其轨道的下降部分实施成像。目标的坐标被输入到一台计算机化的排序系统中,而该系统则通过地面站将任务安排上行传送给卫星。
“快鸟”卫星
2001年10月,美国数字地球公司用德尔它-2运载火箭从范登堡空军基地成功发射了“快鸟”商用成像卫星。该卫星原来的运行轨道高度为600千米,为提高卫星图像分辨率,数字地球公司在今年早些时候决定将卫星轨道降至450千米。这一变动使卫星拍摄的黑白与彩色图像的分辨率都有提高。其中黑白图像从1米提高到0.61米,彩色图像从8米提高到2.44米。因此,迄今“快鸟”是一颗分辨率最高的在轨商用成像卫星,不仅可用于民用领域,也可用于军事侦察和军事测绘。“快鸟”卫星在具有高空间分辨率的同时,也具有高时间分辨率和短重访周期的特点。卫星能在飞行中前后左右30度范围内调整姿态指向,以扩大瞄准目标的范围。
美国轨道观测卫星
2003年6月26日,在美国加利福尼亚州范登堡空军基地,美国轨道图像公司用美国轨道科学公司的“飞马座”火箭,成功地发射了轨道观测-3卫星。该卫星是世界上第3颗能拍摄分辨率为1米的地球表面图像的商用卫星,卫星位于高470千米、倾角为97.29度的圆形太阳同步轨道,设计使用寿命为5年。在完成随舱系统和设备检测程序之后,即可开始为市场提供照片。卫星可获得两种图像———分辨率为1米的全色(黑白)照片和分辨率为4米的多光谱(彩色)照片。
陆地卫星7号
1999年4月15日,陆地卫星-7(Landsat-7)用一枚德尔他-2火箭从范登堡空军基地发射升空。Landsat-7是美国宇航局(NASA)“地球使命计划”中的一部分,又是美国“国防气象卫星计划”和“泰罗斯”卫星的继承卫星,同时也是NASA1972年开始实施的Landsat计划中的最后一颗卫星。这颗卫星的发射,标志着一个时代——即大型、昂贵的Landsat系列地球观测卫星时代行将结束,NASA的下一步将发展较小、较便宜和研制周期较短的地球观测卫星。
Landsat-7的卫星设计寿命为6年,但NASA估计,如不发生意外,其实际工作寿命要长得多。
Landsat-7除了图像质量提高以外,存储能力和传输速度都大为提高。Landsat-7主要的数据归档站是美国地质勘探局的地球资源观测系统(Eros)数据中心。
Eros中心每天接收250景图像,这就要求该中心每24小时应存档250景图像,并为用户生产100景图像。在网上将建立一个假彩色红外浏览文件,使用户能迅速了解有什么新图像。
Landsat-7继承了以往卫星建立的一个完善的图像库,这个图像库称为“陆地卫星全球参照系统”。它把全球大陆编成57784景图像,每景宽185km,长170km。同其前代卫星一样,Landsat-7每隔16天重访每景图像一次。由于Landsat-7下载的数据量大,因而整个全球参照系统可每季度修订一次。
每天呈现在Landsat-7面前的陆地景像平均约800景,但卫星每天只能成像400至450景。其中,250景发送给Eros中心,其余发送给全球某地的地面站。由于需给蓄电池充电,以及使成像器冷却,Landsat-7不可能在所有时间都成像。原则上是对全球50个国家和人口稠密区优先成像,变化不大的沙漠地区则按定量成像。
以色列“埃罗斯”
以色列于2000年12月5日利用俄罗斯的航天发射基地成功发射了本国第一颗民用太空摄影测绘卫星——“埃罗斯”(EROS-A1)卫星。
这颗测绘卫星是根据以色列军事间谍卫星的模型制造的,被认为是以色列开发“军转民技术”的成功典型。它将在距地面480公里的轨道上工作,每90分钟绕地球一周。这颗卫星拍摄的太空航摄照片可以清晰地分辨出地球表面任何大于1.8平方米的物体。
“埃罗斯”重250公斤,是世界上最小的商用卫星,因此发射成本低,拍摄时动作灵活。由“埃罗斯”拍摄的航拍照片可用于气象、农业、测绘等多种领域。
以色列计划发射7颗“埃罗斯”家族的系列卫星,覆盖地球每一个角落,并争取把拍摄精度进一步缩小到0.82平方米。
为了使世界各地EROS用户及时获得所订图像,以色列空间局请美国核心软件技术公司(CST)建造了地面图像传输网ImsgeNet,该网是全球广域网。
2000年12月EROS-A1卫星发射成功后,遍及世界各地的代理公司开始销售该卫星的数据产品,但其价格昂贵,一景12.5千米乘12.5千米的影像售价1500美元。
EROS卫星是由以色列人自己设计制造的,其卫星星座中的每颗卫星寿命为4至6年。
韩国“多用途卫星”
韩国空间研究所负责的一颗小而轻的“多用途卫星”(KOMP-SAT)于1999年发射,卫星由美国TRW公司设计,它是这家公司为美国军、民用和国外用户已发射和正在制造的10个轻型卫星之一。装载到韩国“阿里郎1号”卫星上的照相机安装着美国制造的125毫米口径的光学镜头,但分辨率较低,只能辨识地面6米以上的物体。由韩国太空研究院所有的KOMPSAT卫星数据从2000年开始提供6.6米分辨率的全色波段数据和13米多光谱数据。
韩国发射这样一颗小型卫星的目的之一就是要训练一批自己的空间工程专家,并取得操作经验。为此,卫星的建造、发射和在轨测试均由韩国的工程师和TRW公司的技术人员一起进行。
这颗多用途卫星的主要任务是绘制韩国地图,监测海洋水色,探测地球资源和进行空间物理实验。星上装载的探测仪器共有4台,其中由美国TRW公司提供两台,它们分别是:1台用于地图制作的高分辨率可见光成像照相机;1台用于海洋研究的海洋水色成像照相机。
欧洲遥感卫星
欧洲遥感卫星-1、2(ERS-1和ERS-2)是欧洲先进的大型遥感卫星,ERS-1卫星造价5亿多美元,于1991年7月17日发射,主要任务是海洋观测,内容包括:海浪、风场、海洋环流、海温和海洋冰结构等。
ERS-1卫星的遥感数据受到各个用户的欢迎,特别是合成孔径雷达的数据质量比预计的要好,提供了更多的细节信息。科研人员通过ERS-1得到了大量非常重要的海洋信息,对了解澳洲东部海面、加拿大东西部沿海、英吉利海峡、冰岛和丹麦周围海域、阿拉斯加湾以及地中海等区域的详细海况起了重要作用。ERS-1卫星多次为海上船只提供遥感数据,帮助他们选择有效安全的航运路线。&24/1卫星对挪威海域大洋峰面和剪流形成的危险海域进行了调查,对荷兰海岸和英国北海南部海岸及海岸带的水下地理特性进行了调查和测绘。该卫星还对全球冰的分布、结构和运动等进行了全面观测,促进了南北两极更大规模的科研活动。
到1994年4月,ERS-1卫星已获得73万幅合成孔径雷达图像,其中有地中海图像1.4万幅,北海图像1.9万幅,已处理完的图像4.2万幅。这些图像提供了丰富的海洋信息。
1995年4月21日ERS-2发射成功,不仅保证了ERS-1卫星数据的连续性,而且新装的一台全球臭氧监测设备,能进行更全面的环境和大气研究。
法国“斯波特”
1986年以来,法国先后发射了斯波特-1、2、3、4(SPOT-1、2、3、4)对地观测卫星。它们为用户提供了连续的高质量的地球遥感图像,取得了引人注目的成绩,在世界卫星遥感市场上占据了显著的位置。
1986年2月发射的SPOT-1卫星至今仍在轨道上,它作为SPOT-2、3、4卫星的备份,可以在需要时重新激活进行对地观测工作。SPOT-2卫星于1990年1月发射,目前仍在工作。它遇到的主要问题是星上磁带记录仪有故障,虽然其机械部分完好,但由于误码率太高影响正常工作,因而不再使用。SPOT-3卫星于1993年9月发射,卫星系统整体性能和稳定性都有提高,目前因故障无法工作。
SPOT-4是第一代SPOT卫星的改进型,在1998年发射成功。SPOT-4卫星遥感器增加了一个新的中红外谱段,可用于估测植物水分,增强对植物的分类识别能力,并有助于冰雪探测。
SPOT-5卫星于2002年5月初发射,经过两个月的测试后进入商业运转。SPOT-5发射一星期后传回第一张照片,预计5年的寿命中将可拍摄超过2.3万张影像。这枚卫星上配备两架高分辨率摄影仪器,其黑白模式所拍摄的影像分辨率可达2.5米,彩色模式下也可达10米。新式高分辨率立体影像仪可同时产生地面高度模型。SPOT-5卫星的分辨率比以前同系列卫星高出四倍。
SPOT影像卫星的顾客分布全球,主要应用于农业、大地开发、都市规划、地图制作、救难指挥、环境研究与监测等领域。SPOT卫星已走过了10多年的发展历程,获得了几百万幅地球遥感图像,为卫星遥感及应用的发展做出了重要贡献。
印度遥感卫星
早在20世纪70年代中期,印度政府就开始购买美国“陆地卫星”的照片。为了独立发展空间遥感技术,印度空间研究组织从1978年起开始制定IRS计划,并在1982年得到了印度政府的批准。1988年3月17日,印度第1颗自制的实用遥感卫星印度遥感卫星-1A(IRS-1A)用苏联的东方号火箭发射成功。该星重975kg,运行在904km的太阳同步轨道上。由于采用了太阳同步轨道,因此它可在每天同一时间飞越印度本土,满足农业和地质工作的需要。
为了保持工作的连续性,印度的第2颗遥感卫星——IRS1-B于1991年8月29日由苏联的东方号火箭发射升空。它与IRS-1A完全相同,运行轨道也正好插在IRS-1A的相邻的两条星下点轨迹之间,使这两颗星合成的重复观测周期缩短为原来的1/2,即11天。
1995年12月28日,印度用俄罗斯闪电号火箭发射了第1颗第2代遥感卫星——IRS-1C,1997年9月29日发射了与它相同的IRS-1D。第2代卫星采用了许多新技术,能提供连续性数据、更高的空间分辨率、更大的光谱覆盖区和立体图像。
IRS-1C图像传感器中的推进式自动搜索干扰振荡器采用双控制式扫描技术,它能提供连续的扫描线条,最大限度地延长对地面物体的拍照时间,确保了图像的质量和保真度。
IRS-1A、1B已给用户提供了高质量的数据产品,使印度建立的国家自然资源管理系统能不断更新卫星遥感数据。
印度第2代遥感卫星具有空间及光谱分辨率高、光谱覆盖范围宽、重访频率高、能立体观测成像以及有在轨记录能力等特点,曾被称为“皇冠上的宝石”。印度第2代遥感卫星因为采用了目前世界上较先进的技术,故能满足当代用户的多种需求,包括用于军事目的。如把IRS-1C的轨道高度降至200-400km,其全色相机的分辨率就可达2.5-5m。因此,西方专家认为,印度实现发射侦察卫星的目标为期不远了。印度军方于1996年接管了IRS-1C的使用权,以便监测邻国在靠近印度边界部署的核弹和弹道导弹。
印度很重视遥感卫星的研制和应用,为国家的重点目标服务,即提供连续可操作的服务,以便对国家的自然资源进行管理。IRS系列被认为是世界上最好的民用遥感卫星系列之一,主要用于农业、森林、矿山、渔业和环境监测等。
印度现在正研制更先进的IRS-2,它将用于一体化的全球气候、海洋和大气探测。


