“中國眼”家譜

直到“高分一號”在今年五一國際勞動節前發射，低調的中國高分辨率對地觀測系統才出現在公眾視野之中。

作為2005年中央確定的16個國家重大專項，中國高分辨率對地觀測系統- - -業內所稱的“高分專項”，計劃在“十二五”期間發射5至6顆衛星。

當時同樣被列入國家中長期科技發展規劃綱要的還有大型飛機、載人航天與探月工程等。

這樣，在今后3年內，平均每年將有2顆高分辨率對地觀測衛星發射升空。最終到2020年，中國將形成一個全天時、全天候、全球范圍觀測能力的穩定運行系統。

“高分辨率對地觀測系統是綜合國力的表現。”“高分專項”專家組副組長、“兩院”院士李德仁對《瞭望東方周刊》說，16個重大專項中的“核高基”等都為其提供支撐。

中國在1970年發射了第一顆人造地球衛星“東方紅1號”。從那時起到現在，先后有上百顆中國衛星升空。

經過這樣一個漫長的、沉淀一代人努力的試驗與演進過程，正如“高分專項”所標示的，中國終于開始謀求與其國際地位相匹配的空間實力。

低調的國家重大科技專項

《2011年中國航天白皮書》把中國的衛星分為四類：對地觀測衛星、通訊廣播衛星、導航定位衛星、科學和技術試驗衛星。

到2007年底，中國已發射的對地觀測衛星大約有70顆，包括7個氣象衛星、8個海洋衛星、18個返回式衛星，等等。“神舟”系列飛船也具有對地觀測能力。

2008年，中國使用對地觀測衛星支持在四川的地震救災。這也是中國首次公開報道關于大規模使用觀測衛星的信息。

不同的對地觀測衛星攜帶不同的儀器。比如氣象衛星攜帶的氣象遙感器主要接收和掃描可見光、紅外光、微波輻射等，形成各種云層、地表和洋面圖片，從而通過分析了解天氣變化趨勢。

資源衛星則攜帶波譜設備，獲得地面輻射、電磁波等信息，從而了解地層結構。

高分辨率對地觀測衛星是西方在上世紀八九十年代后提出的新型衛星。它通過先進觀測儀器獲取靜態或動態的地面影像。2012年，被官方稱為“中國第一顆高分辨率民用衛星”的“資源三號”發射升空。

“高分一號”發射成功后，《中國航天報》在相關報道中說，高分辨率對地觀測衛星可以劃分為軍用和民用兩類用途，而且軍用遙感衛星和民用遙感衛星在原理上并無二致。

其中，軍用遙感衛星主要在可見光或近紅外譜段成像，分辨率優于1米。也正因此，軍用遙感衛星大部分都屬于高分辨率對地觀測衛星。

與之相比，民用遙感衛星則主要是多光譜成像，以便識別地面各種特征，其分辨率參差不齊，但總體水平普遍在軍用衛星之下。

中國一直反對外太空軍事化，但是從世界范圍內看，空間對地觀測已經形成了三個互相獨立又緊密聯系的系統：軍事對地觀測系統、公益性對地觀測系統和商業化系統，且這三個系統的邊界十分模糊。

事實上，一直到冷戰落幕后的1994年，美國才結束了軍方對高分辨率衛星的壟斷，允許商業部門進入這一領域。

“空間對地觀測，在一定程度上遙感空間信息跨越了時空限制，不受國界的約束，不為天氣、夜幕所限。其宏觀上可把握一個國家、甚至全球經濟社會發展大局，其微觀上可探測到任何地區的設施狀況。因此，它本身就是國家安全的一個集中體現，可以認為，遙感的發展本是源于軍事的需求。”中科院院士、中國空間遙感事業的開拓者之一童慶禧對《瞭望東方周刊》表示。

李德仁則認為，中國發展對地觀測衛星是經濟和社會可持續發展的需求，也是國防建設與國家安全的需要，涉及制空權、制海權、制天權、制信息權等。“對地觀測技術成為支撐軍事信息化作戰、奪取戰場信息優勢、解決制約我軍聯合作戰和精確打擊等瓶頸問題的重要技術手段。”

根據公開信息，2006年，“高分專項”實施方案論證工作啟動。

2010年5月12日，實施方案經國務院常務會審議通過，“高分專項”進入了全面啟動實施階段。

根據湖北一位院士在2005年的“保先”教育報告中透露的內容，當時已有十幾位院士、77位專家參與“高分專項”規劃。

這份公開的資料說，其目標是爭取“要趕到0. 3米，以這個項目做推動，追趕美國。3米，2米，1米，0. 5米，最后要做到0. 3米，爭取0. 1米。”

數年間，“高分專項”默默運行，僅能從為數不多的專業報道中發現在一些領域取得了重大突破。

在2011年，同時有3位遙感測繪領域的專家當選“兩院”院士。國家地理信息測繪局的賀信中說，中科院對地觀測與數字地球科學中心主任郭華東院士，長期從事遙感信息科學特別是雷達對地觀測研究工作。另兩位是武漢大學的龔健雅、李建成。

這一年的《航天白皮書》中談到，中國已“全面實施高分辨率對地觀測系統重大科技專項。基本形成全天候、全天時、多譜段、不同分辨率、穩定運行的對地觀測體系”。

“返回式衛星”曾是主力

在中國的航天史詩中，對地觀測事業發端于上世紀70年代中期。1975年，錢學森主持召開了第一次全國遙感規劃籌備會。

后來在鄧小平的親自過問下，中美一度在此領域展開合作。到1986年，中國建成并運行了遙感衛星地面站。

由于缺乏傳輸手段，中國最早的對地觀測衛星都是“返回式衛星”。它們在太空中停留長短不一的時段后，返回地球。

早在上世紀60年代，中國高層已經把“返回式衛星”作為發展重點。1970年，為加速衛星研制進程，由周恩來批準在北京地區組織大會戰，全面展開了各系統的研制和發射準備工作。

1974年11月5日，第一次“返回式衛星”發射失敗。兩年后，中國成為世界上第三個掌握衛星回收技術的國家。

從1975年11月26日到1996年10月20日，中國先后用“長征”系列運載火箭發射了3種型號、17顆“返回式衛星”，其中只有第15顆衛星回收失敗。

根據中國空間技術研究院返回式衛星總設計師唐伯昶回憶，這三種型號分別是“FSW- 0”、 “FSW- l”、“FSW- 2”，“FSW”就是返回式衛星的拼音首字母縮寫。

“FSW- 0”和“FSW- l”具有相同的外形，其形狀為羽毛球狀的鈍頭截錐體，最大直徑為2. 2米，總長為3. 1米。“FSW- 2”則在底部增加了一個高1. 5米、直徑2. 2米的圓柱段。

衛星發射前裝有一定數量的膠片，發射入軌后通過星上的程序裝置或地面遙控使相機對地開機照相，拍攝事先計劃的區域。衛星完成全部攝影任務后，返回艙脫離運行軌道，帶著攝影膠片返回地面。然后將攝影膠片沖洗處理后，獲得照片。

在國家重點轉入經濟建設，航天領域科研任務及經費大幅壓縮的背景下，“返回式衛星”在很多年里成為中國對地觀測衛星的主要力量。

比如第一代的“FSW- 0”，先后發射了9次，一直到1987年才退休，使用了12年。

另一個例子就是后來的“風云一號”。

據著名紅外及遙感專家、中科院院士匡定波回憶，中國科學院上海技術物理研究所早在上世紀60年代末就開始從事第一顆氣象探測衛星的研究，這種衛星主要采取光學觀測的一種- - -紅外掃描。

直到1976年，他們終于完成了核心樣機的研發，次年，中央軍委即批準力爭在1980年發射第一顆氣象探測衛星。

后來的論證會上又發現，雖然樣機已經達到美國第二代氣象觀測衛星的水平，但美國已經打算在1978年發射第三代氣象衛星。

經過修改，新的樣機在1979年完成，但是由于1981年國民經濟開始調整，“風云一號”發射計劃推遲到1985年。

于是，在1982年的會議上，再次修改方案，力求在1985年達到國際先進水平。

1984年國家對“風云一號”的發射計劃再次推遲，從1985年推遲至1988年。匡定波等人提出第三次修改方案。

這樣，“風云一號”從1977年進入工程研制，到1988年9月發射，前后歷時11年。

傳輸時代到來

上世紀90年代，航天轉制接近尾聲。在新的投入機制推動下，1999年，中國對地觀測衛星開始進入傳輸時代- - -不需要衛星返回，地面站就可以獲得資料。

據唐伯昶回憶，早在第4至第7顆“FSW- 0”就曾經進行了傳輸試驗，但直到十年后才得以成功。

而在緊急或外界干擾情況下，衛星可能無法有效傳輸資料，返回式衛星在軍事上仍然具有重要意義。2003年后，中國又發射過幾次返回式衛星。

開創中國傳輸型衛星時代的是“資源”系列衛星。1999年10月發射的“資源一號”同時攜帶了三臺不同性質的遙感相機，這在國際上也不多見。

這顆衛星總體被認定為達到“90年代國際先進水平”。成果總結公報顯示，它在一年內就拍攝傳輸了9萬余張衛星圖像。很快，“資源一號”總設計師陳宜元晉身院士。

童慶禧的評價是，“資源一號”結束了中國沒有較高分辨率傳輸型衛星和完全依賴國外衛星數據的歷史。

直到2012年，中國還發射了“資源”系列的最新型號“ 資源一號02C ”衛星。這個系列已經是中國最主要的對地觀測衛星家族，其中2000年發射的“資源二號”獲得了國家科技進步一等獎。

從那時起，中國的對地觀測衛星逐漸進入發射高潮。比如2002年開始發射的海洋衛星“海洋”系列。

幾乎中國航天界所有的元老和權威，都曾經參與對地觀測衛星項目，然后才進入載人航天、探月工程等領域。

一顆對地觀測衛星的研發大約需要十年，比如“資源二號”最遲在1993年就已經進入關鍵的荷載研究，也就是研究它能夠搭載多少儀器。后來到“ 資源一號02C ”時，據稱生產時間已經縮短到2年左右。

中國的衛星主要來自航天科技集團下屬的兩個研究機構- - -中國空間技術研究院和上海的航天技術研究院。“高分一號”發射成功后，習近平總書記在“五一”期間視察了前者位于北京的總部。

到2006年，新的對地觀測衛星家族、也是最受外界關注的“遙感”系列開始發射。人們認為，它將中國的空間對地觀測事業帶入了新階段。

星座家族

童慶禧說，遙感衛星從上世紀70年代發展至今，其空間分辨率幾乎每十年提高一個數量級。70年代民用衛星的分辨率大體是80至100米，但21世紀初已經達到0. 4米了。

在“返回式遙感衛星”告一段落，即“FSW- 2”時代，中國已經能夠根據其拍攝的照片分辨一般房屋、圓形建筑、橋梁、機場上停放的飛機等目標。

到“資源一號”時，分辨率達2. 36米。官方報道當時說，它“是目前國內最高分辨率的民用衛星”。

中國空間技術研究院院長徐福祥曾指出，“資源二號”圖像分辨率比“資源一號”衛星更高，主要技術指標已達到20世紀90年代初的國際水準。

而在2003年，航天遙感專家、工程院院士龔惠興參加全國政協十屆一次會議時表示，當時中國已入軌工作的衛星全部為光學儀器，無法實現全天候、全天時觀測，因此迫切需要衛星合成孔徑成像雷達等一系列先進星載遙感儀器。

通俗地講，合成孔徑成像雷達自身發射電磁波，而不是借助地面目標反射光成像，因此不僅可以全天時觀測，它發射的微波還可以穿透云霧雨雪，抵達深埋于地下或積雪下的物體。用早期合成孔徑雷達探測不含水分的土壤時，可穿透30米的地層探測到地下物體。

根據2002年9月中科院電子所的“中國微波成像雷達及其應用技術研討會”公報，中科院電子所在1973年成立了由陳宗騭研究員等7人組成的線路調研組，啟動調研工作。

1979年9月17日，中國于陜西武功機場首次試飛機載合成孔徑雷達樣機，獲取了第一批合成孔徑雷達圖像。

到2003年，中國開始向馬來西亞出口機載合成孔徑雷達。

在衛星使用的星載合成孔徑雷達研究方面，1988年受國家“863計劃”委托，中科院電子所開始星載合成孔徑雷達系統的總體研究工作。2001年，第一部星載合成孔徑雷達樣機面世。

2006年4月發射的“遙感一號”被認為首次搭載了合成孔徑雷達。在關于“遙感一號”總設計師陳筠力的報道中也提到，這顆衛星具有全天時、全天候功能，前后歷時10年，耗資18億元。

能夠標示“遙感一號”重要性的是，它入選了當年的中國十大科技新聞。

由于強大的觀測能力，“遙感一號”也進入了西方為中國軍事偵察衛星所編制的序列：“尖兵”家族。

雖然中國一再反對外層空間軍事化，但固執的西方軍事觀察家仍然對他們認為存在軍事用途的中國觀測衛星進行了命名。

其中，“返回式衛星”、“資源二號”分別被命名為“尖兵一號”至“尖兵四號”，“遙感一號”則被稱為“尖兵五號”。當然，也并非所有的“遙感”系列都被編入“尖兵”序列。

作為中國最著名的對地觀測衛星家族，到2012年5月10日，中國已發射了“遙感十四號”。

兩周后，中國又在太原發射了“遙感衛星十五號”。公報說這顆衛星“主要用于科學試驗、國土資源普查、農作物估產及防災減災等領域，將對我國國民經濟發展和國防建設發揮積極作用”。

而據公開報道，研究人員說，“遙感十五號”是中國第三代合成孔徑雷達衛星的第一顆，未來5年內，中國還將陸續發射5顆同型衛星。“其中對陸地和海上運動目標的圖像分辨率將首次達到0. 1×0. 1米，這也標志著我國在合成孔徑雷達成像衛星研制方面已正式跨入世界先進國家行列”。

這年11月，與“遙感十六號”一同發射的還有“環境”系列的最新型號 “環境一號C ”，官方說它也是一顆合成孔徑雷達衛星。

“環境”系列是完全不同的一類對地觀測衛星。它通過多顆小衛星組成小衛星星座，官方說它是專門用于環境與災害監測預報。中國之前曾發射了“環境一號A”和“環境一號B”。而“海洋一號”系列也是一種雙星衛星。

2010年3月發射的“遙感九號”同樣是由三顆衛星組成的衛星星座。星座觀測可以提供更加穩定、完整的觀測信息。

譜系日趨龐大復雜

中國對地觀測衛星在不斷完善中逐漸發展成為一個龐大、復雜的衛星系統。比如，由于即時傳輸型衛星運行到西半球，位于中國的地面站就無法接收其信息，于是必須研制用于衛星之間聯絡的“中繼衛星”。

2008年4月，中國在西昌發射了第一顆數據中繼衛星“天鏈一號01”，目前已經發射至“天鏈一號03”。

與此同時，從上世紀70年代就開始發射的“實踐”系列也參與了對地觀測研究。它被命名為科學探測與技術試驗衛星，至少進行過數據傳輸試驗。

此外，2010年、2012年，中國還發射了兩顆“天繪”衛星并完成組網。它們被稱為傳輸型立體測繪衛星。

公報說，在上合組織“和平使命”軍演、新疆反恐維穩、首都防空以及云南地震等重大事件應急保障中，“天繪成果全面開花”。

對于“高分專項”，李德仁說，首要挑戰仍是成像問題，其次是衛星的機動能力和控制問題。

換句話說，除了更高的分辨率- - -它其實包括時間、空間、光譜等三四個種類，衛星還要能快速把“眼睛”轉向它需要關注的地方，“不僅要看得清楚，還要快速地看到。”李德仁說。

這些都對中國的先進制造業提出了更高要求，“‘高分專項’主要面對基礎元器件的缺失問題，這些東西外國不愿意賣給我們，都需要我們自己研發。”李德仁說。

自2007年以來，雖然中國對地觀測衛星進入發射高峰，但其具體技術特點絕少披露。比如民用分辨率一直停留在2米左右，也就是通常人們認為的民用觀測需要達到的水平。

與此同時，公報說，“十一五”涉及對地觀測數據的18個重大工程的總投資就超過2000億元。

人們所知的是，除了更高的分辨率，中國正在著力發展穩定、安全、全面的空間觀測網絡。

“要將長期、穩定、可靠的運行和數據供應作為發展的主要目標。”童慶禧認為。

此外，作為龐大系統的其他主要部分，衛星數據的地面接收、翻譯能力也直接影響著觀測效果。對于軍事用途來說，經驗豐富的分析人員則是有效使用高分辨觀測衛星的前提條件。從目前披露的信息看，正是美國相關部門的辦公室內勤分析人員在衛星圖像中發現了本·拉丹。

也許若干年后，關于中國在“十二五”前后所發射衛星的全貌才會被詳細披露。而那時，相信我們已經擁有了更多、更強大的“中國眼”。

（本文信息均來自《中國航天報》、《中國航天》、《中國科學報》、新華社、《解放軍報》及公開出版物，特此致謝）