“世界观察”4卫星：民用遥感的领头羊

□ 徐翰涛

“世界观察”4卫星：民用遥感的领头羊

□ 徐翰涛

携带着“世界观察”4的“宇宙神”5火箭腾空而起

“世界观察”4卫星

世界观察”4的首张图像

2016年12月初，美国数字地球公司（DigitalGlobe）公布了高分辨率卫星“世界观察”4（WorldView-4）首张图像，照片显示了日本举办1964年夏季奥运会的场地——位于东京涩谷的国立代代木竞技场，同时也是2020年奥运会的举办地。

今年2月3日，数字地球公司宣布“世界观察”4卫星已投入商业运行。

“世界观察”4的发射经过多次推迟，于北京时间2016年11月12日由“宇宙神”V401火箭发射升空，成功送入了617千米的太阳同步轨道。

“世界观察”4是颗什么卫星

相信大家都听说过大名鼎鼎的“锁眼”卫星，“锁眼”运行在椭圆近地轨道上，通过频繁变轨来获取质量极佳的分米级地面图像，是美军情报搜集的一大利器。而本文的主角“世界观察”4便是此类地球光学遥感卫星的一种，靠卫星自带的相机来拍摄高解析度的地球图像。所不同的是，“世界观察”4是一颗民用卫星，它的用途大着呢。

“世界观察”4（原名“地眼”2）和它的姐姐“世界观察”3一样，是属于数字公司的一颗地球光学遥感卫星，它们拥有目前全世界商业遥感星最高的分辨率——0.3米。自从2014年美国政府将出口卫星图像的分辨率限制从0.5米放宽到0.25米后，我们常用的谷歌地图旋即上架了能看清汽车的0.3米图像，而这些图像全部都来自“世界观察”3。

发射准备多灾多难

在经历了范登堡基地近半年的关闭升级后，“世界观察”4任务在2016年9月16日进行了第一次的发射尝试。然而在发射的最后关头，发射团队因担心少量泄漏的液氢形成冰团会危害发射安全而紧急叫停了倒计时。发射被推迟48小时。不幸的是，就在第二次发射前夜，发射台南面的一个山谷里开始燃起山火，几周内，火势无法得到有效控制，越燃越大，而且破坏了发射场的光纤，发射由此搁置下来。这是范登堡地区历史上最大的一起火情，过火面积超过12000英亩，而起火原因仍然不明。大火使得发射又耽搁了近两个月。几经波折，火箭和卫星挺过了时间和山火的考验，第二次发射尝试终于在11月12日进行并获成功。

扒一扒“世界观察”4的三围

“世界观察”4运行在高度 617千米的太阳同步轨道。一般来说，600千米～700千米的太阳同步轨道是遥感卫星的常用轨道，在这个轨道上，大气阻力很低，卫星只需要很少的推进剂便能维持轨道高度的稳定。更重要的是，在太阳同步轨道上运行的卫星都能在相同的时刻飞越某地，这样，相同的光照条件对遥感卫星的成像极为有利。像幅宽使得“世界观察”4对地面的一切一览无余。当“世界观察”4的镜头对准地球时，它并不是僵硬地瞄准一点，而是能朝各方向灵活地摆动，带给我们令人惊艳的图像。

“世界观察”4的平均重访周期能小于1天，如果和姐姐“世界观察”3及DigitalGlobe家的哥哥们一齐合作，每日能重复拍摄某地4次。地球表面积是 5.1亿平方千米，数字地球家族能每天采集400万平方千米，完整拍摄地球一遍需要4个月。但是莫担心，首先，除去占地球表面71%的海洋和南极洲，剩余面积为1.5亿平方千米；

GeoEye-1卫星

古老的Landsat-1卫星

范登堡发射基地山火连城

Ikonos-2卫星

“世界观察”4的单色分辨率为0.31米（0.31米为运行轨道的分辨率，若卫星在寿命末期降轨到500千米，分辨率可达到0.25米）。卫星实现了多项性能的提升，除可以提供0.31米分辨率的全色图像和1.2米分辨率的8谱段多光谱图像外，还将具有新的短波红外成像能力。0.31米的分辨率在商业遥感领域是绝对的No.1，这个成绩即便在军用领域也是名列前茅。

“世界观察”4的光学孔径达到1.1米，视场1.22度，成像幅宽13.1千米。常识告诉我们，越大的光学孔径和越低的轨道高度能带来更高的分辨率。我们所熟知的“哈勃”空间望远镜就拥有一副2.4米孔径的大镜子，观测着黑暗的宇宙内部。而更大的成其次，约60%的陆地面积终年被云覆盖而无法拍摄，这种情况下，就剩下6000万平方千米可以拍摄；第三，全球范围内95%的人口居住在10%的陆地上，绝大部分需要拍摄的地区基本上都在这个范围之内。

“世界观察”4卫星平台在BCP5000基础上改进，设计寿命10年～12年，质量2800千克，由BATC和ITT公司研制，所载光学相机WV-4 Imager由ITT Exelis研制。相对于许多500千克～600千克的商业遥感卫星，“世界观察”4绝对算是一个汽车大小的胖子。更大的身材允许“世界观察”4携带更多的推进剂来维持所需的轨道开销，从而极大地延长了它的寿命。此外，卫星上所装载的GPS终端能精准地调节卫星姿态和镜头的指向，指向误差不超过10米。

商业遥感卫星的前世今生

即将发射的“宇宙神”5火箭

历史上最著名的遥感图像之一 ——“锁眼”卫星对N1火箭的侦察

由“世界观察”3拍摄的0.3米级图像，清晰度极佳

汽车大小的“世界观察”4

“世界观察”4是数字地球公司在“世界观察”框架下的一颗遥感卫星，而“世界观察”是美国Next View计划的重要组成部分，该计划是由美国国家地理空间情报局（NGA）发起的一项关于军民两用对地观测计划。“世界观察”除为了谷歌、微软、数字地球等公司提供高品质商业图像外，还为美国情报部门提供高分辨率军用图像信息。

自从1972年7月23日美国发射了世界上第一颗真正意义上的遥感卫星“陆地卫星”（Landsat）1后，发射遥感卫星的浪潮便从未停止过。抛开代表当今遥感最尖端技术的神秘“锁眼”系列外，还有大量的商业遥感卫星在默默地为我们服务，它们的作用已经触及我们生活的方方面面。我们的出行已经离不开商业遥感卫星。

到目前为主，美国的商业遥感卫星已经发展了三代。第一代为“伊科诺斯”（Ikonos）2，第二代为“地眼”（GeoEye）1，第三代即为“世界观察”3、4。

1999年9月24日，Ikonos-2由“雅典娜”2火箭成功发射（之前1999年4月27日Ikonos-1发射失败），是世界上第一颗用于采集0.82米分辨率全色图像和3.2米分辨率多光谱图像的商业卫星。Ikonos-2卫星孔径为0.7米，视场0.95度，成像幅宽11.3千米，采用LM900平台。卫星相机为光学敏感器组件，采用Korsch型望远镜，3个凹面反射镜附加2个平面反射镜“折叠”望远镜内部光路，从而减小相机尺寸并减轻质量。成像敏感器采用大面积焦平面CCD阵列。

2008年 9月6日 ，GeoEye-1卫星成功发射升空，该星属于地眼商业成像公司（2013年被数字地球公司并购），在轨工作可获得地面分辨率为0.41米的全色以及1.65米的多光谱图像。GeoEye-1卫星由SA-200HP平台和新一代光学载荷组成，光学孔径1.1米，视场1.28度，幅宽1.2千米，质量452千克，轨道高度700千米。卫星平台具有高精度的姿态敏感器件，卫星所载的地眼成像系统由光学系统、焦平面单元以及数字电子系统组成。★