席亞洲：馬航失聯搜救中衞星的作用
馬航客機失聯事件發生後，中國展開了史上最大規模的搜救行動，在這次行動中，除了動用海軍的多艘艦艇和海空軍的多種型號飛機進行海上搜救，同時為了便於展開大範圍的觀測搜救行動，我國還調用了10枚衞星參與搜救行動。
動用10枚不同型號的衞星，對一架失蹤民航機展開搜救，這在人類歷史上還沒有先例。在2009年6月1日法航447班機失蹤事件中，法國為了尋找這架失蹤的客機，也曾向美國請求調用衞星。但最後的調查報告顯示，那次事件中美國衞星的主要任務並不是直接搜索，而是提供空中風暴的相關情況，在空難原因分析中發揮了一定的作用。
相比之下，中國這次搜尋馬航客機則完全是一場完整的太空“戰役級”行動。從目前公開的情況來看，我國調用的10枚衞星均屬民用衞星，包括“風雲”氣象衞星、“海洋”海洋調查衞星、“遙感”遙感衞星和“高分”高分辨率民用衞星四種。這其中，我國“高分”系列衞星還只發射了“高分1號”一枚。圍繞這顆衞星，曾有許多神話般的傳説籠罩，比如稱這枚衞星具備發現隱身飛機的能力，比如稱這是中國的一顆重要軍用衞星等等。
“高分1號”衞星
但事實上“高分”是“遙感”系列的延伸系列，這枚衞星本身也是從“遙感”系列基礎上發展而來的，同時它也並非專門的軍用衞星——當然不能否認，它有一定的軍用潛力，對於很多國家而言，“高分”1號的性能足以滿足它們對於軍事偵察衞星的需要。但高分一號並非軍事衞星，其任務使用權由中科院遙感所掌握。
“高分1號”一投入使用果然就有所收穫，先後發現了多個可疑海上漂浮物，雖然經水面艦艇和直升機觀察後最終確認並非飛機殘骸。
同時，“高分1號”的前輩，“遙感”系列衞星也發揮了作用，由於泰國灣水深較淺，這些具備多光譜成像能力的衞星可以對水下目標進行一定程度的搜索。當時也同樣有所發現，找到了一處可疑水下條狀物，最終也被證實並非墜毀的飛機。
“風雲”衞星主要為艦艇提供氣象保障，“海洋”衞星則負責進行大面積海洋搜索，包括對海流情況進行調查，以便對可能存在的漂浮物可能的漂流情況進行推測，為進一步搜救提供水文情況支持。
儘管上述衞星或多或少都有所發現，展示了它們的能力，但是到目前為止，它們也未能給搜索行動帶來決定性的突破。
另一方面，澳大利亞昨天宣稱通過衞星發現了在澳大利亞以南海域存在很可能是飛機殘骸的漂浮物，並已派遣P-3、P-8反潛巡邏機前往調查，中國海軍搜索艦隊也迅速改變航向，向南印度洋而去。然而發現疑似殘骸的這片海域水深達3000米，不亞於當年法航447航班墜毀的大西洋深處。後續的搜索無疑會更加艱難，或許中國後續還要動用深潛裝置甚至核潛艇進行搜索和探摸。
這讓一些讀者感到些許失望，有人開始懷疑中國衞星的能力，因為在澳大利亞海域發現疑似殘骸的是一顆美國的民間照相衞星的資料。那麼在這場衞星搜索中到底為何“高分1號”沒能第一時間發現目標？如果中國調用軍用衞星，就能獲得更好的搜索效果嗎？
對於這些問題，很難給出一個籠統的答案，筆者在這裏根據公開資料，做一些粗淺的分析，供讀者參考。
首先，我們要談一談衞星偵察的原理及其侷限性。
現在，偵察衞星一般使用掃描式光學相機，它的特點是成像精度高。這意味着衞星只能拍攝位於其正下方的一條條狀帶。因此要儘可能覆蓋到全球表面就需要採用一條特殊的軌道，即太陽同步軌道，也就是説衞星與太陽在地球上的投影保持同步關係，這樣衞星就可以經過地球表面的每一個點，並進行拍攝。
早期衞星使用膠片，因此無法對地球表面進行連續觀察，只能在飛越特定目標時進行成像，然後在回到本國上空時扔下返回艙供地面收集判讀。
人類第一枚偵察衞星是美國的“發現者”號，它的成像精度是15米，後來隨着技術進步，成像精度越來越高。衞星也不再需要使用膠片返回艙，而改用無線電裝置發送圖片到地面的方式，從而進行連續觀測。
據公開報道，美國目前主力軍用衞星KH-12在成像精度可達0.1米，當需要詳查某個目標而降低軌道後，甚至可以達到0.04米。0.04米意味着衞星可以有效看清地面上士兵手裏拿着的武器是步槍還是機槍。它的鏡頭系統也已經達到相當龐大複雜的程度，是由一組反射鏡陣列組成，衞星大小接近一艘宇宙飛船。當然，某些誇張的説法認為衞星可以看清地面上的人手中報紙的頭條標題，那還是當前技術無法企及的水平。
美國KH-12衞星模型
到90年代以後，隨着信息技術廣泛使用，尤其是圖像處理軟件技術的進步，高清晰地面圖像不再是大型軍用衞星的專利。較為廉價的小型民用衞星也可以取得相當驚人的成像效果了。高分一號作為我國第一枚民用高分辨率光學衞星，其成像精度約為2-8米，最高精度可達1米。後續計劃的高分系列衞星還將進一步提高精度。
目前世界上民用衞星中，成像精度最好的恰恰就屬於這次在澳大利亞找到疑似殘骸的“數字地球”公司。
這家公司成立於1992年，當時美國國會通過了對地遙感圖像商業化的法案，允許私人公司進行對地遙感觀察用於商業用途。迄今為止，“數字地球”已經研製了5顆衞星，所有衞星都從美國范登堡空軍基地發射升空。其中2009年發射的“世界眼2”衞星的成像精度據稱達到0.46米，而正在研製的“世界眼-3”衞星精度高達0.25米，這樣的精度足以滿足大部分商業甚至軍事需求。“數字地球”的最大用户是美國政府，尤其是國防部，具有明顯的軍民兩用色彩。當然，外國政府也可以購買該公司的照片數據。這次澳大利亞就是通過對該公司的衞星照片進行判讀而找到兩塊疑似殘骸的。
數字地球公司Worldview3衞星分辨率可達24釐米
這裏必須指出，分析衞星拍攝成果同樣是個艱鉅任務。現在已經有一些圖像處理軟件可以進行輔助判讀工作，但是要真正從衞星照片上看出些門道來，經驗豐富的衞星照片判讀員依然不可取代，也無法避免出現一些判讀的失誤。歷史上最著名的衞星笑話大概就是美國把福建土樓當做中國洲際導彈發射井了。而從衞星照片搜索飛機的殘骸當然要更加複雜，主要是因為無法事先確定飛機殘骸的外形，用軟件進行判讀的話難以設置目標外形特徵變量。目前很可能只對海上所有一定尺寸以上的目標進行定位，然後逐個排查。
福建土樓衞星圖，看起來像是導彈發射井
高分1號此前找到的兩塊碎片實際上和數字地球衞星找到的兩塊碎片性質差不多，都是海上的大尺寸不明漂浮物。可見這可能是目前唯一可行的搜索辦法。
有人會問，衞星不是能夠對海洋進行監視，並搜尋航空母艦一類的水面艦艇嗎？找不到飛機是否意味着這個能力也不可靠呢？
這就涉及到現代海洋監視衞星的工作原理了。目前，海洋監視衞星的主要原理有兩種，一種是雷達監測衞星，一種是無線電監測衞星。前者是在衞星上安裝雷達對廣闊海面進行搜索，由於海上艦艇的巨大雷達反射面積，因此它只能搜尋夠大的海上目標；而後者則是通過追蹤水面艦艇發出的無線電信號來追蹤其位置，如果目標採用無線電靜默，它就沒有什麼用處了。可以看出，它們對於在水中載浮載沉、甚至懸浮在水中的飛機殘骸都沒有什麼搜索跟蹤能力。同樣，P-3，P-8海上巡邏機和中國圖-154雷達偵察機上，號稱能發現水面上漂浮的罐頭盒的反潛搜索雷達對這類目標也只能説是碰運氣，因為殘骸會在水中沉浮不定。更雪上加霜的是，現代海洋上漂浮的海洋垃圾數量巨大，它們也成了搜索飛機殘骸的“假目標”。
在目前的技術水平下，不論是衞星，還是飛機雷達發現的可疑目標，都要指望海面搜索的飛機和艦艇對目標進行近距離目視觀察，才能確認其性質。這也就是為什麼中國在最初幾天出動圖-154偵察機，對泰國灣目標海區進行雷達成像搜索後，又繼續派遣目視觀察為主的IL-76和運-8運輸機的原因，這兩種飛機續航力較強，尤其還可以在貨艙內攜帶燃料，進一步延長航程，同時在低空飛行時利用機上人員的望遠鏡對目標進行觀察確認。雖然目視觀察看似原始，但可能是目前最有效的搜索方法。目前澳大利亞已經開放基地允許我空軍運輸進駐該國機場，搜索工作顯然還將消耗更多的人力物力。
除了目視和可見光成像，目前另一種可能對搜索有幫助的衞星就是多光譜衞星，它們能夠通過對目標的紫外、紅外光譜進行成像來確認目標的物質構成。中國的多光譜衞星在對北京市某幢建築進行成像的時候，甚至可以分辨出建築不同部位採用了不同材料。它們可以用來識別光學衞星對海面搜索所發現的目標性質，減少海上空中目視觀察的浪費。同時它們甚至可以穿透一定的水層對海下目標進行分辨，但是目前，澳大利亞發現飛機疑似殘骸的海區水深達3000米，多光譜衞星對這樣的深水目標將沒有足夠的識別能力。
高分1號衞星北京影像
此外，這次客機失聯後，還有一些平時低調的衞星也偶爾佔據了新聞版面。首先，失聯後沒幾天，美國國防部就有官員聲稱美國的衞星監控系統未發現爆炸火光，所説的無疑就是美國的高空紅外監視衞星。這種大型衞星停留在距離地面36000公里的同步軌道上，外形看起來就像是一個衝着地球的哈勃太空望遠鏡，在這個高度上，地面目標的細節是無法分辨的，但是這個衞星的主要任務就是檢測火光，其主要目標是觀測全球的火箭發射和大規模爆炸閃光。它是一種戰略預警衞星，可以有效監視別國的導彈和火箭發射，以及大規模的爆炸。如果客機墜機併發生爆炸燃燒，這種衞星確實有可能看到。
美國DSP紅外預警衞星
但如果飛機沒有發生這樣的爆炸，比如法國447航班空難，飛機始終未發生起火燃燒，而是失速後以很低的速度撞入海中，紅外預警衞星當然也就不會看到。其實紅外預警衞星對於飛機墜毀的火光這樣的目標有一定的漏報率，因為它的主要任務是監測導彈發射時長時間的火光，而地面上的火光往往不止是導彈發出的，日出日落也會對衞星造成影響。歷史上美國衞星就曾將日出的陽光當成是蘇聯大規模發射洲際導彈。後來為了降低虛警率，衞星的軟件顯然做過一定修改。而今許多新一代洲際導彈採用速燃技術，儘量降低第一級火箭燃燒時間從而更有效地避免紅外預警衞星的報警。這説明紅外預警衞星的監視能力絕非萬無一失，所以這個報道也只能是一種道聽途説，當不得真。
除此外，這次失聯事件中發揮重大作用的還有通訊衞星，尤其是最後確定飛機可能位置的海事通訊衞星。
這次事件中，我國先後調動衞星估計已經超過30顆，其中至少有10枚做了軌道調整，由於衞星的運行壽命與星上搭載的燃料量有關，臨時調動衞星就等於大幅度消耗衞星的在軌壽命，這是極為昂貴的代價。不過，除美國之外的所有國家就算想付這個代價，也沒資格去付，就連繼承蘇聯豐厚遺產的俄羅斯，目前也喪失了這個能力。馬航失事的搜索工作或許還要持續一段時間，但中國展現的搜索能力已經充分展現了世界性大國的實力，證明了中國人比大多數國家要多一份安全保證。