社交媒體發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，我們時(shí)常能看到“轉(zhuǎn)發(fā)這條錦鯉能得到好運(yùn)”、“轉(zhuǎn)發(fā)這條轉(zhuǎn)運(yùn)RNA可以轉(zhuǎn)運(yùn)”的內(nèi)容，擅長(zhǎng)從生活的各個(gè)角落探尋幸運(yùn)的蹤影的人們，總是借這種美好的象征收獲笑容與慰借，緩解對(duì)未來的焦慮。

5月31日，又一顆高分衛(wèi)星被送上宇宙，相信正處于高考或中考前關(guān)鍵時(shí)期的千萬(wàn)學(xué)子看到“高分”二字，也會(huì)想沾沾喜運(yùn)。那么高分衛(wèi)星究竟是什么呢？在轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)高分衛(wèi)星前，讓我們先來了解龐大的衛(wèi)星家族。

高分衛(wèi)星和它的兩只“眼睛”

高分衛(wèi)星是一系列衛(wèi)星的通稱，同屬于2010年啟動(dòng)的高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)工程。這里的“高分”實(shí)際上是“高分辨率”的簡(jiǎn)稱，意為他們拍攝的圖像清晰度很高，而非高懸于上空的現(xiàn)代文曲星。

雖然高分衛(wèi)星不會(huì)做題，但它在我們?nèi)粘Ｉ钪锌捎兄鴺O大的用處，這全都依靠高分衛(wèi)星所具有的兩只“眼睛”。這兩只“眼睛”，也就是它的核心設(shè)備——光學(xué)成像系統(tǒng)和光譜儀，兩種儀器原理不同、功能互補(bǔ)，提高了衛(wèi)星的觀測(cè)能力，讓中國(guó)的遙感衛(wèi)星體系跟上了歐美的步伐，躋身第一梯隊(duì)。

衛(wèi)星的左眼是光學(xué)成像系統(tǒng)，也是一類大家天天都能接觸到的系統(tǒng)。人們最常見也最常用的光學(xué)成像系統(tǒng)大概是自己的眼睛，其次是搭載在各色電子設(shè)備上的相機(jī)。它們都由透鏡系統(tǒng)和感光元件兩部分組成，在人眼系統(tǒng)中是晶狀體等結(jié)構(gòu)與視網(wǎng)膜的組合，在相機(jī)上是透鏡組與感光板的組合。

傳統(tǒng)的感光元件只能感受光線明暗，為了實(shí)現(xiàn)人眼一樣能感受顏色的能力，需要給它們裝備特殊的濾光片或?yàn)V色板，就像是戴上有色眼鏡。這樣相機(jī)拍攝之后直接得到的，就是經(jīng)過各種濾光片過濾的許多幅黑白相片，然后根據(jù)色彩的合成算法就可以得到彩色的圖案。

高分衛(wèi)星上所搭載的光學(xué)成像系統(tǒng)可以看作是更復(fù)雜的相機(jī)。因?yàn)樾枰谟钪嫔瞎ぷ?，高分衛(wèi)星的光學(xué)成像系統(tǒng)要有在極端條件下保持穩(wěn)定的能力。而要對(duì)遙遠(yuǎn)的地表進(jìn)行高精度觀測(cè)，對(duì)透鏡組的設(shè)計(jì)與制造精度有著極高的要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，高分衛(wèi)星上搭載的不同相機(jī)也能實(shí)現(xiàn)不一樣的功能。

作為系列的第一顆衛(wèi)星，大哥高分一號(hào)利用搭載的四臺(tái)相機(jī)的視場(chǎng)拼接或重疊，既可以實(shí)現(xiàn)圖像寬度800千米的寬幅成像，也可以實(shí)現(xiàn)范圍較小但分辨率達(dá)到單像元2米的“高分”成像，這意味著它可以分辨出并排停著的兩輛小轎車，一下子就拔高了中國(guó)遙感衛(wèi)星的技術(shù)高度，可謂是一鳴驚人。

高分一號(hào)衛(wèi)星銀川影像圖（2013年5月11日接收，分辨率：8米）（圖片來源：國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心、中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心）

當(dāng)然后來的弟弟妹妹也不會(huì)輸給大哥。高分二號(hào)的能力正如葫蘆兄弟的二娃，拍攝的分辨率進(jìn)一步提高到了單像元0.8m，可謂是名副其實(shí)的千里眼。而到了近年發(fā)射的高分七號(hào)，他裝備的激光測(cè)高儀使他擁有了測(cè)量到地面距離的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了立體測(cè)繪，甚至可以分辨出7.5厘米高差的灌木。

高分二號(hào)衛(wèi)星故宮及周邊地區(qū)遙感影像圖（圖片來源：空天信息創(chuàng)新研究院）

高分七號(hào)衛(wèi)星獲取的北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星影像（圖片來源：國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心中國(guó)高分觀測(cè)）

衛(wèi)星的右眼是光譜儀。在高分家族中，高分五號(hào)的一只眼顯得與眾不同。如同金庸筆下的金毛獅王謝遜，這只眼睛雖然看不見具體的圖像，但是感知能力并不遜色于明眼，這只眼睛就是光譜儀。

想必大家小學(xué)的時(shí)候都玩過三棱鏡，太陽(yáng)光經(jīng)過三棱鏡色散后，根據(jù)波長(zhǎng)差異按“紅橙黃綠青藍(lán)紫”排列開，這就是最簡(jiǎn)單的光譜。而太陽(yáng)光在經(jīng)過我們的棱鏡之前要穿過厚厚的大氣層，還可能要經(jīng)過窗戶玻璃。這一路上，各種分子、原子都會(huì)吸收光子或是與光子發(fā)生散射，而這些過程會(huì)留下它的特征譜線，就像是一個(gè)籃球在經(jīng)過多次傳球之后留下了大家的指紋。

大氣中部分氣體分子的光譜吸收線（圖片來源：Cold Facts on Global Warming）

光譜儀的工作原理就是將接收到的光線用光柵分光，得到類似我們用三棱鏡看到的光譜。通過分析其中的指紋信息與它的強(qiáng)度，我們就能明白留下痕跡的是哪些原子或分子，以及它們的濃度。借此我們能得到溫室氣體或者污染氣體的濃度，對(duì)氣象工作與環(huán)境監(jiān)控有著重要的意義。

各顯神通的高分衛(wèi)星家族

除了在前文提到在光學(xué)成像與光譜觀測(cè)中有一技之長(zhǎng)的衛(wèi)星，其他高分衛(wèi)星還有各自的特殊本領(lǐng)。

高分三號(hào)主打的是微波波段的成像，能用天線接收人眼看不見相機(jī)也拍不到的光，它的長(zhǎng)相和雷達(dá)相似，填補(bǔ)了我國(guó)微波遙感數(shù)據(jù)的空缺。高分六號(hào)主攻農(nóng)業(yè)，因此增加了能夠有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段。高分四號(hào)鶴立雞群——他獨(dú)自位于赤道東經(jīng)105°上空、距離地表36000千米、比其他六兄弟高五十余倍的地球靜止軌道上，繞轉(zhuǎn)角速度與地球自轉(zhuǎn)一致，只為能夠時(shí)時(shí)刻刻守望著祖國(guó)。

圖示為普通相機(jī)（左）高分一號(hào)（中）與高分六號(hào)（右）對(duì)同一地區(qū)合成的圖片，高分六號(hào)擁有更高的地物區(qū)分度（圖片來源：科普中國(guó)）

前面著重介紹的多種多樣的探測(cè)器確實(shí)是點(diǎn)“睛”之筆，但是一顆優(yōu)秀的衛(wèi)星能夠順利拍攝到地球上都圖像再將其傳輸回來，光有千里眼是不夠的。

如同我們談?wù)摼W(wǎng)絡(luò)時(shí)一定會(huì)討論網(wǎng)速一樣，數(shù)據(jù)傳輸最直觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)永遠(yuǎn)是速度。高分系列衛(wèi)星從開始的高分一號(hào)的450Mbps*2發(fā)展到高分七號(hào)的1200Mbps*2，更快的傳輸速率為數(shù)據(jù)的順利傳輸提供了最基本的保障。中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站也已經(jīng)建成了包括密云站、喀什站、三亞站、昆明站和北極站5個(gè)地面站的衛(wèi)星接收站網(wǎng)，結(jié)合高度規(guī)范、自動(dòng)化的操作，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿场?/p>

中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站接收站網(wǎng)布局及接收覆蓋范圍示意圖（圖片來源：空天信息創(chuàng)新研究院）

高分衛(wèi)星屢獲“高分”

高分衛(wèi)星攜帶了那么多先進(jìn)的設(shè)備，花費(fèi)了那么多人力物力，如果你覺得它們只是組團(tuán)上天拍拍照片，感受山河壯美，那可就大錯(cuò)特錯(cuò)了。

雖然“高分衛(wèi)星”不能幫大家考試拿高分，但是他們拍攝的高分辨率圖像在許多領(lǐng)域都有重大意義，可謂是屢獲高分、好評(píng)如潮。從上空對(duì)城市的拍攝在可以省去很多逐地測(cè)繪的繁瑣，還能從全局上研究城市的規(guī)劃；從山野上空的拍攝也能持續(xù)對(duì)比地形變化，對(duì)可能的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)已發(fā)生的災(zāi)害如火災(zāi)、山體滑坡、或是臺(tái)風(fēng)是發(fā)出警報(bào)；拍攝范圍遍布全球，可以注意到全球的動(dòng)態(tài)；農(nóng)業(yè)上可以關(guān)注全球農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)情況，進(jìn)而對(duì)進(jìn)口貿(mào)易提供指導(dǎo)。

高分四號(hào)衛(wèi)星拍攝到的臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的臺(tái)風(fēng)眼影像（圖片來源：國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心中國(guó)高分觀測(cè)）

它們的用途如此廣泛，甚至連考古學(xué)家也得到了高分衛(wèi)星的幫助。2018年，中科院遙感地球所聯(lián)合突尼斯、意大利、巴基斯坦的科學(xué)家利用空間考古技術(shù)與方法，在絲綢之路西端突尼斯發(fā)現(xiàn)10處古羅馬時(shí)期考古遺存。這是中國(guó)科學(xué)家利用遙感技術(shù)在中國(guó)境外首次發(fā)現(xiàn)考古遺址，這些遺存揭示了古羅馬時(shí)期南線軍事防御系統(tǒng)的布局與農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。利用遙感技術(shù)進(jìn)行考古研究不僅省時(shí)省力，還可以從更大尺度上觀測(cè)，從全局上將看似不相關(guān)的遺跡聯(lián)系在一起。

邊墻遺址（圖片來源：中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所）

隨著最初計(jì)劃的七顆高分衛(wèi)星上天，中國(guó)的遙感衛(wèi)星技術(shù)相較十年前也有了巨大的飛躍。技術(shù)的進(jìn)步回饋生活，帶來越來越多的可能性，相信高分衛(wèi)星的研發(fā)不會(huì)停下腳步，更多的衛(wèi)星將進(jìn)一步填補(bǔ)觀測(cè)的空缺，高分系列也將繼續(xù)創(chuàng)造佳績(jī)。