军民融合模式:商业遥感卫星,海湾战争美军战斧的“眼睛”

大数据平台中心2021-06-06 14:10:23

作者:小火箭


商业遥感卫星及其星座的发展,有着从前沿科学探索到商业应用再到军事商业融合应用的发展历程。



1972年7月23日,道格拉斯公司的一枚德尔塔-904运载火箭将陆地卫星-1号送入太空。


这是麦道第一次使用带有9台固体助推器的运载火箭发射卫星。


这颗卫星每天能够向地面测控站发回188张照片。美国宇航局NASA突然迸发出了商业点子:把这些照片卖给其他国家。


除美国宇航局的科研使用之外,加拿大、意大利、巴西这3个国家开始购买陆地卫星1号的照片。这是如今市场规模巨大的遥感卫星产业的萌芽。



上世纪70年代,麦道的德尔塔运载火箭成功开启了运载火箭发射+在轨交付卫星+卫星数据服务的一种盈利模式。



1979年,时任美国总统吉米·卡特签署了第54号总统令,将整个陆地卫星计划(人类第一个民用对地观测系列遥感卫星)从美国宇航局NASA整体迁移到美国国家海洋和大气管理局NOAA,并且建议发展成长期的商业卫星计划。


随后,陆地卫星-3号卫星发射,再之后,美国决定追加4颗卫星,并开始准备成立民营的陆地卫星公司。


1985年,美国国家海洋和大气管理局NOAA完全交出卫星的运营和管理权。美国休斯公司牵头,接手陆地卫星系列。



同年,人类第一家商业卫星遥感民营企业——地球观测卫星公司成立。该公司为美国休斯公司和美国无线电公司合作成立,双方签下了10年的合约。地球观测卫星公司负责运营陆地卫星-4号和陆地卫星-5号,拥有陆地卫星数据的独家代理权。





1990年8月2日,海湾战争爆发。


美国军方找到休斯公司,请求提供技术支持。当月,休斯公司旗下的地球观测卫星公司调动陆地卫星-4号卫星,开始拍摄和处理战区的高清遥感图像。


商业企业对陆地卫星的运作效率非常高。当时,陆地卫星-4号入轨不久,就失去了一半的太阳能电池板。不过,该星还是保持了高达85Mb/S的超高速数据回传能力和16天的时间分辨率。


该卫星对军方的技术支持,让人们意识到了:


遥感卫星,不仅仅要注重空间分辨率,还需要有强大的多光谱能力和较高的时间分辨率,以及强大的数据回传能力。





陆地卫星-4号,这颗在705公里轨道高度,98.2°轨道倾角的太阳同步轨道上运行的商业卫星,提供给军方大量的数据,使战斧巡航导弹获得了前所未有的详细和精确的数字地图。



结合战斧巡航导弹的地形匹配制导算法,美军拥有了战区外精确打击的能力。


1993年和1999年,陆地卫星-6号和陆地卫星-7号分别升空。



2013年2月11日,时隔14年,陆地卫星系列重启。陆地卫星-8号在美国范登堡空军基地搭载宇宙神V号运载火箭401型发射成功。整个陆地卫星系列将持续提供宝贵的地球数据和图像,用于农业、教育、商业、科学和军事领域。


陆地卫星拍摄的夏威夷岛


小火箭觉得值得一提的是,这颗卫星是轨道科学公司当年在美国亚利桑那州的工厂里生产的。如今,该公司已经被诺斯罗普·格鲁曼公司收购。可见,诺斯罗普·格鲁曼同样具备研制高性能卫星的能力。


如今,基于星座的近地轨道遥感卫星系统逐渐成为人们热议的话题和太空产业新的增长点。


关于军事与商业遥感卫星的测控,目前有这样的一些解决方案:


鸽群遥感卫星星座采用的是UHF频段的测控方案。具体来说,其上行的频率选用450MHz频段,下行的频率则采用401.3MHz频率。


为确保可靠性,鸽群卫星还支持S频段的上行测控,拥有250kbps的带宽。而高清图像的下行还能让原本用于在军事领域非常流行的X频段派上用场。100Mbps的带宽可以让卫星在单位时间内回传更多宝贵数据。



单圈4.2G的数据量,结合UHF/S/X的三频段测控系统,使得鸽群在数据量和测控可靠性方面,拥有不错的市场竞争力。


上图为鸽群星座拍摄的加利福尼亚州(局部)。


另外的就是天基测控方案了。



美国第一代天基测控星座融合了军事和商业的应用。上图为该星座在美国白沙军事基地的地面设施。


之所以把地面设施选在白沙,是因为这里常年气候干燥,年均阴雨天不足15天,能够尽量避免降水对Ku波段上下行链路的影响。



放一个白沙天基测控系统地面设施的注释照片。



1998年7月15日,关岛天基测控地面设备正式投入使用。


这套天线的加入,使得美国天基测控系统真正实现了全球100%范围的实时覆盖。



南极洲的地面设备升级工作也完成了。



讲到这里,还没有和大家探讨TDRS卫星本身的样貌呢。


上图就是美国第一代天基测控卫星(跟踪和数据中继卫星)完全展开后的样子。




美国国侦局设置在伯克莱空军基地的绝密军事侦察卫星的地面天线。


来源:讲武堂