第16章 一、人造衛星(1 / 3)

人造地球衛星具有對地球進行全方位觀測的能力,其最大的特點是居高臨下,俯視麵大。一顆運行在赤道上空軌道的衛星可以覆蓋地球表麵1.63億平方公裏的麵積,比一架8000米高空偵察機所覆蓋的麵積多5600多倍。因此,對完成通訊、偵察、導航等任務來說,它具有其他手段無法比擬的優勢。

眾所周知,運用航天技術首次發射成功的是人造地球衛星,而隨後發射數量最多、用途最廣的也是人造地球衛星。在各類航天器當中,各類衛星占總數的90%。在這些衛星中,包括通信、氣象、導航、地球資源、軍事偵察、科學實驗考察等用途的衛星。它們在各自領域中大顯神通,使人類傳統文明和軍事技術發生了革命性的變化。

下麵就給大家介紹幾種在民事方麵應用較為廣泛的衛星。

(一)氣象衛星

氣象和人類的生存密切相關。如果沒有及時預報一場暴雨或一次台風,就可能摧毀一年的收成,甚至危及人們的生命。航行的船艦和飛機,沒有氣象預報的保證,後果更是不堪設想。為了正確預報氣象,人們曾在北半球設立了8000個地麵氣象觀測站、600個高空氣象觀測站、3000架飛機和4000艘艦船,日夜從事著氣象資料的收集工作。這麼巨大的氣象情報係統與氣象衛星比起來,其收獲卻顯得望塵莫及。氣象衛星可以在短時間內無一遺漏地觀察我們居住的地球,它繞地球運行一圈所收集的氣象資料超過地球上所有氣象觀測站一晝夜所收集的總和的100多倍。

氣象衛星分為太陽同步軌道氣象衛星和地球靜止軌道衛星兩種。太陽同步軌道氣象衛星每天對全球巡視兩遍,對某一地區每天隻能進行兩次氣象觀測,觀測間隔在12小時左右。地球靜止軌道衛星可對地球近1/5地區進行連續氣象觀測,並適時將資料送回地麵。隻需要將四顆衛星放在赤道上空,就能對全球中、低緯度地區(緯度<55°)天氣的形成和發展連續監測。缺點是對高緯度地區氣象觀測能力差。

氣象衛星上裝有電視攝像機,它能夠拍攝全球的雲圖;氣象衛星上還裝有掃描輻射計,掃描輻射計的探頭能敏感地探到一定波段的電磁輻射。當它對雲層和大氣掃描時,就能記下雲層和大氣在各個波段可見光、紅外、微波的輻射強度,轉變成電信號以後,通過無線電波發送給地麵。地麵站接收以後,經過計算機處理,就可以得到雲的形狀、雲頂高度,大氣溫度和濕度,海麵溫度和冰雹覆蓋麵積等。氣象衛星除可觀測全球的雲層、雪層和冰層的分布,地球表麵的熱輻射(包括海洋和陸地)和大氣層外,還可提供關於大氣峰、氣旋和反氣旋以及急流的活動情況,提供關於降雨、降雪地帶和塵暴的資料以及台風的產生和運動等信息。

自1960年4月美國發射第一顆氣象衛星“泰羅斯1”號以來,全世界發射氣象衛星近200顆,其中大部分是軍民合用,也有一部分氣象衛星專門為軍事部門服務。

我國在1988年9月7日首次發射了一顆太陽同步軌道實驗性氣象衛星——“風雲”一號,這使我國成為繼美國、前蘇聯之後,第三個具有研製和發射太陽同步軌道氣象衛星的國家。“風雲”一號氣象衛星,衛星雲圖的清晰度可以與美國“諾阿”衛星雲圖媲美。隻可惜,由於星上元器件發生故障,它隻工作了39天。1990年9月3日,中國又發射了地球靜止軌道氣象衛星“風雲”二號氣象衛星。截至到2002年,我國已經成功發射了7顆氣象衛星(4顆“風雲”一號和3顆“風雲”二號)。依靠這些衛星,中國建立了自己的衛星天氣預報和監測係統。如在1998年夏天長江、嫩江和鬆花江流域特大洪澇災害中,氣象部門利用“風雲”二號衛星監視天氣,取得了大量氣象資料,為死保大堤提供了科學依據。“風雲”係列氣象衛星在沙塵暴監測中也發揮了舉足輕重的作用。2002年3月發生的強沙塵暴,中央氣象台自始至終及時準確地做出了沙塵暴預測,其中最大的“功臣”當屬氣象衛星。據統計,1991年至1995年我國因自然災害造成的經濟損失高達6562億元,每年平均1310億元,其中氣象災害損失約為70%。以氣象衛星對防災減災的貢獻率為5%計算,每年可減少損失45.85億元。

目前,中國正在研製新一代太陽同步軌道氣象衛星——“風雲”三號衛星。“風雲”三號衛星將是21世紀初國際先進水平的衛星,衛星上將配置十種有效載荷,由於增加了微波遙感器,可實現全球三維、全天候、多光譜、定量氣象探測,且衛星分辨率很高,即使在870公裏的高空也能分辨出地麵上的高速公路,從而將大大提高中國對地觀測和全球探測能力。

(二)地球資源衛星

長期以來,亞馬遜河流域的資源狀況一直是一個謎。因為這個地方原始森林密布,麵積近500萬平方公裏。如果人工勘察,估計需要上千人工作百年以上。可是,不久前,人們卻在短時間內便對亞馬遜河流域的資源了如指掌了:在了解了它的地形、植被、地質等的同時,還意外地發現了一條從未知曉的、有幾百公裏長的支流。如此詳盡的資料是誰提供的呢?就是我們下麵要給大家介紹的地球資源衛星。

資源衛星,是勘測和研究地球自然資源的衛星,它是航天技術與遙感技術相結合的產物。它能“看透”地層,發現人們肉眼看不到的地下寶藏,曆史古跡,地層結構;能普查農作物、森林、海洋和空氣等資源;能預報和鑒別農作物的收成,考察和預報各種嚴重的自然災害。地球資源衛星離地麵的高度一般在700公裏左右,這樣的高度比飛機的飛行高度大上百倍。用地球資源衛星普查我國全境的資源,隻需要拍攝300~500張照片,幾天就可完成。而用飛機普查我國全境的資源就需要拍攝50~100萬張照片,費時10年。目前,全世界有100多個國家和地區利用這種衛星的遙感資料,發現了許多重要的礦藏和水利資源。美國有43個部門應用這種衛星資料,每年可獲得14億美元的收益。

資源衛星為人類辦了不少好事。例如,我國在修建大同-秦皇島鐵路時,原先認為桑乾河為不可通的地段,鐵路須繞行40公裏。而每公裏的鐵路建設費高達900萬元人民幣,還要占用數千畝良田。後來研究了資源衛星提供的衛星圖片,桑乾河的地質條件可以讓鐵路通過,這樣一下子就減少了國家4億元的投資。

美國夏威夷群島上的居民一直找不到充足的淡水,人們祈求資源衛星來幫忙。通過研究資源衛星提供的圖片,專家們發現某些島嶼沿海處的溫度輻射比周圍要低10℃。根據圖片坐標去實地勘探,結果發現那裏竟是地下淡水的入海處。就這樣,資源衛星一下子為夏威夷人找到了200多處地下淡水源。

地球資源衛星還可以參與搶險救災,西藏波密縣大滑坡中就是地球資源衛星立了大功。2002年4月9日,西藏自治區的波密縣發生了罕見的山體大滑坡,伴隨滑坡的還有巨大的泥石流。滑坡體和泥石流將河流堵塞成了堰塞湖,湖水水位越漲越高,給下遊人民群眾的安全造成了極大的威脅。由於滑坡地區人煙稀少,地形複雜,對滑坡的具體情況和發展態勢在地麵上很難做出準確判斷。這個時候,資源衛星派上了用場。資源衛星應用中心通過將衛星側擺,獲得了雲量少的圖像,及時分析了滑坡發生前、發生後數天以及發生後1個月的情況,精確地了解到滑坡體和堰塞湖的情況,尤其是被堵的水量、滑坡體的大小以及是否會繼續發展、堰塞湖下遊的河道坡降陡緩等,為趕在雨季前,將堰塞湖中的水盡量安全排到下遊,避免更大災難的發生,發揮了至關重要的作用。

地球資源衛星分兩類:一是陸地資源衛星,二是海洋資源衛星。資源衛星一般采用太陽同步軌道運行。這樣既可以使衛星對地球的作何地點都能觀測,又能使衛星在每天的同一時刻飛臨某個地區,實現定時勘測。

資源衛星是怎樣工作的呢?它利用星上裝載的多光譜遙感設備,獲取地物目標輻射和反射的多種波段的電磁波信息,把這些信息發送給地麵站。地麵站接受了衛星信號後,根據事先掌握的各類物質波譜特性,再對這些信息處理,判讀,從而得到各類資源的特征,分布和狀態等資料。地麵上所有物體都在有規律地反射,吸收和輻射電磁波,這在物理學上被稱為光譜特征。每種物體在不同光譜頻段下的反射是不一樣的,掌握了物體的光譜秘密,再利用衛星上的遙感儀器把測到的信息一對照,人們就可以免去實地勘測之苦而知其全貌了。

地球資源衛星是一種經濟效益極高的多用途衛星。它雖然數量不多,但個個都一身神通。據初步統計,地球資源衛星在農牧漁業、林業、地質、水文、海洋、環境監測以及軍事等方麵,至少有40多種不相重複的用途。

在估計收成和監視病害方麵,地球資源衛星是一個得力的工具。太空“慧眼”可在肉眼發現病蟲害以前的較長時間內觀測出這種狀況,從而使人們有時間采取補救措施。原因是有病害的植物的葉綠素遭到破壞,減弱了對紅外譜段的反射能力,在近紅外譜段的照片上呈現較暗的顏色。

強地震一般發生在地質結構中有大斷層的地方,由於衛星照片容易發現大斷層,故能初步劃定地震活動帶,同時,如在地震帶和火山口安置自動儀器連續收集資料,由地球資源衛星定期收集數據,從動態過程中研究其規律性,就可做出比較準確的中近期預報。

對於海洋的考察和利用方麵,資源衛星同樣大顯身手。例如海洋動物一般集結在海麵葉綠素植物或浮遊生物豐盛的地方,活動的魚群常常在海麵排出油類或熱氣。資源衛星可以提供這些寶貴資料,從而為捕魚業提供有價值的信息。

繪製地圖更是資源衛星的長項。通過資源衛星照片,可以補充完善地球的資料。如通過衛星照片,發現我國舊地圖上的西藏地區遺漏了幾百個鹹水湖和幹涸湖泊;長江口已經比1949年繪製的地圖向外延伸了十幾公裏。若按照常規方法,全球更新測量繪圖需要用50年,而如果采用衛星照片,則可提高效率10倍。

地球資源衛星的另外一個主要作用就是探測礦藏。由於不同物質的性質和特點不同,輻射或反射電磁波的能力也不同。依據這些不同的特點,就能識別出不同的礦物和地質現象。資源衛星還可以利用遙感圖像尋找隱伏在地下的礦產。遙感信息可以綜合記錄一個地區的自然景觀,它既包含岩石、地質構造和礦產等地質信息,也記錄了水文、土壤、植被等各種地物的波譜特征,而這些往往和所在地區的礦產有一定的聯係。

30多年來,世界上已發射了多種類型地球資源衛星。世界上第一顆陸地資源衛星是美國1972年7月23日發射的,名為“陸地”衛星1號。世界上的第一顆海洋資源衛星也是美國於1978年6月發射的,名叫“海洋”衛星1號。美國用這顆衛星拍攝的圖片,繪製了世界三大洋的海底地形圖,為人類發展海運,開發海洋提供了資料。