商业遥感卫星星座的军事化应用分析

彭振忠 李 丹

世界正经历着百年未有之大变局，航天已经处于技术革命和产业变革的前沿，商业航天正在以前所未有的速度与深度重塑航天基础设施建设模式与应用方式。这其中，商业遥感作为商业航天的主力军之一，正以“互联网式”的风格对国防科技发展与军事场景应用产生颠覆性影响。20世纪70年代以来，以美国、法国、英国为代表的西方航天大国通过积极的政策导向和资金扶持，迅速开展了高性能遥感卫星的研制和商业化运营，形成了政府监督管理引导、企业自主运营的良性循环商业模式，这期间的遥感主要服务于军事和政府。进入21世纪以来，互联网浪潮下催生了以SpaceX、One Web、Planet等为代表的一批商业航天企业，经过20年的发展与竞争，已经形成商业航天领域的领头企业，并不断形成产业凝聚优势。在世界各国开始逐步着手建立自主可控的对地观测系统的同时，商业遥感企业如雨后春笋般冲击着航天产业。目前已经形成了以美国数字地球（Digital Globe）公司、美国Planet公司、波兰和芬兰Iceye公司等为代表的企业。

遥感技术是现代战争中遂行态势感知和作战支援任务的重要手段。基于卫星平台的空间遥感具有巨大的优势：一是轨道高，发现目标快，侦察范围大，可在短时间内侦察辽阔的地域；二是既可长期、重复地监视全球，又可定期或连续地监视某一地区；三是可在短期内或实时地提供侦察情报，能满足军事情报时效性的要求；四是不受国界和地理条件的限制。自海湾战争以来，美军已经通过越来越广泛的途径获取商业遥感数据，卫星数据应用也已经从战略应用广泛下沉到战术应用，以广泛支撑联合作战过程中对态势感知和目标指示的需求。

典型商业遥感企业

基于星座的近地轨道遥感卫星系统逐渐成为大国遥感领域竞争的热点和太空经济新的增长点。

国外主要在轨遥感卫星投资运行模式

美国数字地球公司是全球领先的高分辨率光学卫星图像和信息提供商，总部设在美国科罗拉多州的朗蒙特市。1993年，美国商务部首次授予许可证，允许其建造和运营卫星系统，收集高分辨率的商业销售数字地球图像，开创了商业遥感的先河。公司图像解决方案具有广泛的应用领域，包括国防和情报、民间机构、环境监测、互联网门户和导航技术等。数字地球公司已经发展的第二代高分辨率商业遥感卫星，其中WorldView-3的分辨率达到0.31米，其市场用户主要包括美国政府用户和多元化的商业市场用户，大部分收入都来源于美国政府。政府机构通过大订单和长期合约等形式购买其数据服务，扶持其商业遥感卫星系统建设和运营。

美国Planet公司主要建设高频成像对地观测小卫星星座，用于获取时序图像，制作视频产品，并服务于高分辨率遥感大数据应用。Planet公司是前美国国家航空航天局(NASA)科学家于2010年在旧金山成立的一家遥感卫星数据公司，主要从事光学遥感业务。Planet公司2015年完成对德国BlackBridge公司的收购，获得5颗RapidEye卫星，2017年从谷歌公司手中收购Skybox获得15颗Skysat卫星。目前，Planet公司“鸽群”（Flock）星座已完成系统部署，星座规模达到149颗在轨卫星，该星座有着其他公司无法比拟的每天覆盖全球1次的超高频时间分辨率。Planet公司是新兴遥感小卫星公司的典型代表，在卫星设计研制方面技术更迭快，在数据获取方面经济、快捷、适用性强，同时专注于挖掘海量遥感图像中隐藏的信息，为各类分析决策提供支持。

Iceye公司是一家波兰和芬兰初创公司。目前，Iceye公司是全球惟一一个通过小型合成孔径雷达（SAR）卫星提供高分辨率成像商业服务的机构，也是世界上第一个发射商业微型合成孔径雷达卫星的公司。截至2020年5月，Iceye公司一共发射运营着3颗SAR卫星组成的星座。2020年3月9日，Iceye公司在YouTube上发布了有关其合成孔径雷达（SAR）视频的演示视频显示，SAR图像由单个卫星凝视模式生成，凝视时间为20秒或更长时间，经过数据处理之后，以视频流的形式显示目标位置的移动变化。对场景中运动目标的检测对于检测目标的活动情况具有重大的意义，Iceye公司所提供的SAR视频图像可用于跟踪卡车、火车、轮船甚至飞机去往某个地点的运动情况。

Capella Space是美国一家卫星和地球观测初创公司，通过卫星提供卫星数据。Capella Space推出一项在其现有的测试硬件平台上进行了改进的卫星技术，该技术可提供0.5米以下细节的高分辨率雷达成像，能够提供实时任务，这意味着Capella的客户将能够从卫星上获得所需区域的成像，基本上是按需进行的。Capella Space将建设一个由36颗卫星组成的Capella空间星座，36颗卫星将被放置在12个轨道平面上，以提供每小时的重访观测。Capella Space与美国主要政府客户，包括美国空军、国家侦察局（NRO）和国防部国防创新小组（DIUx）等均有合作。

美国政府和军方对商业遥感卫星的态度

美国NGA和NRO标志

第一，通过美国商务部实施对商业遥感企业、市场和数据的有效管控，既保证了美国技术的先进性和对国外市场的垄断打压，又在本质上通过商业遥感实现遥感霸权。出于对本国遥感企业和遥感技术的保护，美国政府和军方非常重视对美国商业遥感企业遥感数据的采购，不断放宽管制，释放商业遥感市场活力。同时，以美国国家安全为由，美国不断强化对遥感企业数据及特点区域遥感成像的限制与控制。2020年5月19日，美国商务部发布了新版商业遥感规则。新规则的制定过程历经坎坷，凸显了美国对于遥感领域的担忧与意图。历经数月的跨部门审核后敲定的修订版规则去掉了原先对此类系统施加的许多限制。美国遥感公司卫星系统所提供数据与非经商务部许可的渠道若“大体相当”，如国外系统，将被归入第一层，限制条件很少。最新版的美国商务部遥感规则指出，如果商业遥感公司所提供遥感数据只有其他美国系统才能与之媲美，这些系统的条件要求将有所增加，包括要能进行所谓的“快门控制”，从而让政府能够暂时限制对特定区域的成像。对于无法在全球市场上得到的“全新能力”的拟建系统，除以上限制性措施以外，美国商务部将有权对其施以长达3年的更多临时性条件。

第二，通过美国国家地理空间情报局（NGA）逐步开放购买商业遥感数据为美军作战提供情报支援，为国家高级决策人员提供及时、准确的地球空间情报信息。NGA具有国家情报机构和国防部作战支援机构的双重身份，其职责是处理和分析各种类型的图像、地理信息等数据，形成与地理位置相关活动的地理空间情报（GEOINT），用于支持国家安全、国家政策、作战部署等不同层次的战略和战术需求。该机构从美国商业高分辨率遥感卫星发展开始，长期负责采购或交换商业图像和外国政府图像，以及协调美国政府部门和机构的图像使用申请。

在“2019年度GEOINT学术研讨会”上NGA提出其长期技术需求是基于其使命任务，包括加强和不断提高监测持久威胁、评估新出现问题、绘制世界地图和建立世界模型、对长期情报主题进行深入研究的能力等。2020年5月，NGA商业运营业务组负责人戴维·高蒂尔表示，NGA将与商业公司签约，以分析军事目标的卫星和其他图像数据。尽管最初的合同数量不多，但此举是NGA迈出的一大步。NGA将建立一个混合架构，以同时具备连接和应用国家侦察系统和商业侦察系统的能力，目前其正在评估众多商业公司的能力。NGA不指定图像来源，但对商业合成孔径雷达（SAR）卫星数据充满热情。

第三，通过NRO构建由国家和商业能力组成的综合侦察监视架构，以实现对美军遥感需求和美国遥感能力领先的长效保障。NRO隶属于美国国防部，位于美国弗吉尼亚州，是美国的16个情报机构之一。该机构是美国侦察监视卫星系统的主管机构，负责为美国政府设计、研发、采购、发射、部署和运行光学/雷达成像、电子侦察、海洋监视等各类侦察监视卫星，比如大名鼎鼎的“锁眼”“长曲棍球”卫星。该机构得到国家侦察计划的拨款，这些卫星系统主要服务于国家决策层的战略侦察监视，是美国情报各部门所需天基信息的重要来源，如为国家安全局提供信号情报、为国家地理空间情报局提供图像情报、为国防情报局提供测量与特征情报等。NRO特别希望将快速增长的商业卫星能力与其专门制造的昂贵的侦察卫星结合起来，创造出由国家和商业能力组成的综合空中监视架构。2018年8月底，NRO向数字地球公司授出“增强视景-后继”商业高分辨率卫星数据服务合同。2019年12月，NRO分别向两家商业遥感企业Capella Space公司和Hawkeye 360公司授出关于SAR遥感和商业无线电频射频（RF）遥感的合同。此次合同不仅仅是吸收更多的数据，还着眼于如何检查情报信息准确性，并将新信息整合到NRO现有的数据库中，从而能够将SAR、RF和对同一目标的可视图像结合起来。NRO商业系统项目办公室主任Pete Muend说：“通过这两份合同，我们正在探索SAR和RF在图像传输方面的整合，以纳入NRO架构。”

军事应用实例

数字地球公司的图像拍摄于2011年1月15日拍摄的本·拉登住所遥感图像

美国国家地理空间情报局利用遥感数据复原本·拉登住所，其中商业遥感数据扮演了积极角色

自20世纪80年代始，商业遥感已经被广泛应用和服务于国防和军事领域，包括军事侦察、导弹预警、海洋监视、武器制导、毒剂侦察、军事测绘、气象观测等。与军事侦察卫星相比，商业遥感卫星多为星座布局，覆盖面广、成本低、重访周期短、系统弹性强，在目标侦察、战争潜力评估、攻击后毁伤评估及战时气象保障等方面的作用不容忽视，在战争中是军事侦察卫星的有力补充。利用商业遥感卫星星座可对全球敏感目标实施全天时、全天候的侦察，战前对机场、桥梁、导弹发射井、武器试验场、部队集结、武器部署等战略战术军事活动目标进行长时间、大覆盖侦察，形成大规模历史数据，以服务军队制定作战和打击计划，评估对手的战争潜力，并可基于大数据预测未来对手调动与发展。打击过程中，可实现对目标的动态监视，对火炮阵地、飞机场、装甲集群等进行聚焦式密切跟踪，指示打击目标等。打击后，利用商业遥感卫星对目标进行打击效果评估。

商业遥感在海湾战争中的应用。1990年—1991年，海湾战争期间，美国军方与休斯公司合作，利用休斯公司旗下地球观测卫星公司的陆地卫星-4号拍摄和处理伊拉克地区的高清遥感图像。美军根据军用卫星和商业遥感卫星的图像数据，制定空袭行动计划（包括进/出飞行路线）和打击路线等。商业遥感卫星为军方提供了大量的数据，使战斧巡航导弹获得了前所未有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，使其能够穿越上千千米的沙漠荒漠地形区，实施对巴格达等城市的精确打击。同时，美军利用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的民用气象卫星为作战过程中的气象预测和保障工作提供支撑。

商业遥感在特种作战中的应用。2011年5月1日，美军击毙了“9·11”恐怖袭击的肇事者—“基地”组织前领导人本·拉登。2011年1月15日，远在美军发动突袭行动之前，数字地球公司的卫星即对本·拉登的住所进行了重点观测并形成了遥感数据。图像覆盖了巴基斯坦阿伯塔巴德附近的一片区域，其中一栋建筑后来被证实是本·拉登的藏匿之所。4个月后的5月1日，美国总统奥巴马宣布美军特种部队当天成功发动了定点突袭，打死了本·拉登，从而结束了长达10年之久的追踪行动。

伊朗弹道导弹袭击美军基地后，商业遥感局部图像显示的基地局部中至少有4个军事设施被导弹摧毁（红圈处）

2019年2月，美国新闻节目《六十分钟时事杂志》报道指出，NGA局长还展示了本·拉登被击毙前所居住的建筑的模型，这栋建筑建设时就已经被美国间谍卫星拍摄过，NGA利用间谍卫星和商业卫星的图片存档将每一层建筑的室内结构布局、楼梯位置都还原出来，并在美国搭建了一个1:1的模拟建筑来训练海豹突击队员。

商业遥感在导弹战中的应用。目前，商业遥感数据已经被广泛应用于导弹战前的目标识别、标定和指示、打击后的打击效果评估等环节。特别是采用高光谱成像技术的遥感卫星能够在连续的工作波段上同时对目标进行探测，可以直接反应被测物体的光谱特征，分辨出目标表面成分和状态，以得到空间探测信息与地面实际目标之间存在的精确对应关系。在军事目标侦察、识别伪装方面，高光谱遥感能够依据背景与伪装目标不同的光谱特性发现军事装备，通过光谱特征曲线可反演出目标的组成成分，从而揭露与背景环境不同的目标及其伪装。

2020年1月3日凌晨，被视为伊朗二号人物的该国革命卫队“圣城旅”司令苏莱曼尼在伊拉克巴格达机场遭遇美军定点袭击身亡。2020年1月8日凌晨，伊朗发射弹道导弹对2处驻伊拉克美军基地发动“报复打击”。美军承认有10枚弹道导弹命中驻扎有1500名美军的阿萨德基地。商业卫星拍摄到了阿萨德基地被打击以后的情况，从美国行星公司获得的卫星图像显示，伊朗的征服者-313型导弹精确命中美军基地多处临时机堡和机场设施，展示其精确打击能力。商业卫星Skysat的拍摄分辨率为0.8米，但大气影响了图像的整体质量。尽管如此，伊朗导弹造成的损失依然清晰可见。

商业遥感在未来作战中的应用。随着人工智能、无人机、无人车、人机协同、大数据等技术快速进入战场，未来复杂战场背景下，新一代武器装备将对遥感数据产生爆发式的增长。随着以行星公司、Iceye和Capella Space为代表的互联网型商业遥感企业的崛起，商业遥感将会在未来作战过程中扮演越来越重要的角色。军事情报机构将更多的购买传感器、地理位置信息、无线电频率收集等商业遥感数据，采纳商业遥感企业基于图像和机器学习的数据分析工具，以增强利用数据分析、机器学习等技术实现目标识别、区分伪装等目标能力。