席亞洲：為什麼我們要造“世界眼力最好”的靜止軌道衞星
12月29日凌晨，世界上分辨率最高的靜止軌道光學成像衞星“高分四號”從西昌衞星發射中心發射升空，這枚衞星將進入距地面36000公里的地面靜止軌道。
中國成功發射“高分四號”衞星
“高分四號”衞星在我國媒體上受到集中報道，中央電視台也發佈新聞稱這是世界上眼力最好的靜止軌道衞星。不過，衞星研製者説了一句這個衞星的可見光波段分辨率為50米，“相當於從3.6萬公里外看見大油輪”，引起國內網友的普遍猜測，認為該衞星是用於搜索海上的航空母艦，為我國東風-21和26彈道導彈提供目標指示的神兵利器。
值得注意的是，“高分四號”衞星的發射得到了相對詳細的報道，這與主要肩負軍事用途的部分“實踐”、“環境”系列衞星發射時總是隻有那句著名的“這次發射的XX衞星，主要用於科學試驗、國土資源普查、農作物估產及防災減災等領域。這是長征系列運載火箭的第XXX次飛行”的新聞稿完全不同。
這説明“高分四號”的性質，與真正的軍事衞星並不相同。
“高分四號”能找航母嗎？
回顧海戰歷史，尋找海上敵方艦隊一直是最大的難題。留意從甲午海戰到日德蘭海戰時代關於海戰的文學作品，我們總是能看到“瞭望哨發現了海天線上敵艦的煙跡”的描寫。這就是當時海軍搜索敵方艦隊的主要手段——將艦隊開出去，在海上利用目視搜索敵方艦隊，找到敵人艦隊就與之交戰。實力強大的海軍，往往還會把艦隊分成多個分隊，以在更廣闊的海域內尋找敵人。
我國海洋監視衞星的部署方式與美國接近，採用光學和雷達衞星編組方式組成星座，圖為我國逆合成孔徑雷達衞星不同階段的設想圖，下方採用的是俄製雷達，最終服役的是上圖中國產新型雷達
美國稱中國在襄樊地區部署的大型天波雷達能夠覆蓋太平洋廣闊範圍內的海區，可將搜索範圍縮小到100公里左右方圓範圍
到了二戰時代，飛機成為搜索敵艦的主要手段。日本人常常把自己的失敗歸結為一艘巡洋艦上原本應該放飛的水上偵察機未能按時起飛，而美國電影《中途島海戰》中，美軍的勝利則是由一羣代號“草莓”的水上偵察機呈扇形展開隊形，搜索日軍預定出現的海域開始的。
通過肉眼目視，或者説可見光波段搜索敵方艦隊這一最為傳統的技術既然已經用了那麼多年，很多讀者想當然地認為現代海軍也可以用這樣的辦法。只不過是把搜索的“眼睛”搬上天，放到宇宙中去。
觀察者網的評論區裏，讀者們最常見的説法就是：“衞星一照，你的航母還往那藏？”
過路雨來也解讀：
嘿嘿，看你美帝的航母往哪裏躲！
賈鳴解讀：
能看見大郵輪，當然也能看見美國航母
大鯊魚解讀：
為東風21、26打航母提供精確位置導航
然而事情並非那麼簡單。不相信的話，讀者們可以自己打開谷歌地球，試試找找海上的船——不要去搜索網上公佈的“谷歌地球中航母的經緯度座標”，自己找找哦。因為在現實中，用可見光衞星照片搜索航母就是這樣的過程。
當然，通過軟件算法，可以加快搜索的過程。但是想想你們聽説過的識圖軟件的笑話吧，比如把加菲貓圖片當做黃圖……
俄羅斯用望遠鏡拍攝的美國“長曲棍球”5雷達監視衞星照片，美國目前使用這種衞星和“鎖眼”光學偵察衞星和新型ELINT電子偵察衞星組合成三星星座執行海洋監視任務
“長曲棍球5”衞星外形推測圖
在不同的光照、不同的角度、不同的高度等等因素的影響下，軟件是很難完成識別航母的過程的。筆者翻閲相關論文，現在用可見光搜索海上艦船的方法大概就是把海區劃分成很多方格，讓計算機尋找其中可能有船——隨便什麼船——的格子，然後由人來判讀照片。
考慮到現實中海上航運的情況，在浩如煙海的照片中識別出航母並不容易。
具體到“高分四號”，雖然這枚衞星位於靜止軌道上，從公開的衞星成像覆蓋範圍來看，它能夠覆蓋東至新西蘭，西到馬達加斯加，南到南極，北到勘察加半島的廣闊海域。但注意，它每次拍攝成像範圍是一個“相當於河南省面積”的區域。如果用來在大範圍內實施搜索，恐怕用上千人去執行判讀照片的任務也不夠。
用可見光成像方法去搜索海上機動目標，即使可行，由於耗時耗力而困難很大，必須縮小搜索範圍，才能讓衞星有效找到海上目標。
大範圍的普查可以使用電子情報蒐集衞星或者地面設施，它們通過接收航母編隊航行時必不可少的無線電信號，來大致確定艦隊的位置。此外，還可以利用天波雷達，美國蘭德公司《中美軍力積分卡》報告書中提到，中國在襄樊部署的大型天波雷達系統被認為在3300公里距離上定位精度可達36-178千米。
根據上述手段獲得目標大致位置，接下來才是衞星發揮作用的時候，根據目標大致信息，衞星將可以集中搜索目標附近位置。
在某些特定情況下，航母會留下非常明顯的尾跡，分辨率不高的光學衞星也可看見，圖為尼米茲號航母在某次航行中被拍攝到的尾跡
利用這種手段，可以大大減小衞星“過頂”航母的間隔。
美國蘭德公司的報告中給出的評估數字是：以2010年的水平，如果沒有天波雷達提供目標指示，中國光學衞星過頂美國航母的重訪時間為13.8天；如果有指示，則縮短為8個小時。如果結合光學和星載合成孔徑雷達，重訪時間縮短為4小時。到了2017年，隨着中國衞星數量的增加，在沒有目標指示的情況下，對美國航母的過頂時間為2.9天；有目標指示，則可以達到2.6小時一次。
當然，上述數字並不準確，對於光學衞星來説，目標所在海區是否有云是一個重要的影響因素，在雲層覆蓋25%面積的情況下，2010年中國光學衞星對美國航母的過頂時間相應延長到8小時，增加一倍。
判讀衞星照片是一個很困難的工作，電腦基本無法完成，圖為伊朗的“道具航母”，這樣的目標出現在衞星照片上，除了經驗豐富的照片判讀員，電腦軟件是無法識別其真假的
找到海上的大型目標是一回事，識別則是另一回事。為了避免把昂貴的彈道導彈浪費在偽裝成航母的其他船舶身上，必須對被搜索到的目標進行識別。
這就涉及到分辨率的問題了。“高分四號”的分辨率為50米，一個像素點的大小相當於20米，用這樣的精度去看航母，只能看到有物體在海面上，而無法真正將其識別出來。
比較之下，蘭德報告中認為中國發射多枚“遙感”系列衞星具備10米或更高的分辨率，這才能真正看清航母的外形細節，將其識別出來。
“高分四號”的分辨率似乎不具備找到航母的潛力。那麼它是不是真的就和“東風”無緣了呢？
也不盡然。
事實上，美國人的報告中葉提到“中國同樣擁有多種‘非軍事’衞星，由不同的政府機構管理。但在危機時刻，這些衞星都有可能被解放軍接管。然而，不清楚這些衞星將可能扮演什麼角色。”
如果硬要説高分四號對“打航母”任務可能有用，那筆者也只能設想一種可能。那就是在用天基雷達、光學、雷達衞星找到，並識別出航母后，利用“高分四號”的凝視鏡頭和與地面的直接高速通訊能力，對航母編隊進行持續的跟蹤。這個任務對於停留在靜止軌道上的“高分四號”來説倒是可行。
在爆發實際衝突的前提下，這種跟蹤似乎沒有太大必要。在這種情況下，儘快將東風導彈射向目標頭上，讓它們在主動雷達引導頭指示下向目標砸去才是最有效的作戰方式。
但考慮到中美或許會出現危機對峙的情況，那麼這種跟蹤就顯得很有必要。可以避免美軍利用我方衞星過頂間隔玩花樣——歷史上美國航母就有多種戰術擺脱追蹤自己的蘇聯海軍“跟蹤羣”，例如在無線電靜默中讓航母趁夜高速狂奔，而在原地留下一艘補給艦，大開各種無線電設備，假裝自己是航母——這樣的戰術也曾屢屢得手。
此外“高分四號”還有一個優勢，就是作為同步軌道衞星，目前美國還沒有公開的能打擊同步軌道衞星的導彈——美國國防部聲稱中國曾經試驗過能夠直接攻擊同步軌道衞星的導彈——所以它的安全性也要高一些。不過就算美國真的沒有對同步軌道反衞星導彈，要研製出來，應該也不會太困難。所以“高分四號”更多還是一個在“冷戰”前提下能夠發揮作用的平台，在戰時，肯定會成為對方必欲除之而後快的目標。
當然並不是説有了“高分四號”，我們就可以隨時保持對航母的高精度跟蹤。和所有歷史上新出現的技術一樣，“高分四號”的這種跟蹤能力存在缺陷，略顯勉強，美國海軍也一定會找新的辦法來進行對抗——説到底，進行對抗的不是武器自身，而是人。
“高分四號”和誰像？
既然肯定了高分四號並非專門針對打航母任務量身定製，那麼我們就換個思路，看看這顆衞星的軌道和外形，和美國的什麼衞星比較像呢？
一看之下，第一個映入腦海的自然是美國80年代發射、服役至今、即將被更先進的衞星取代的DSP導彈預警衞星。
DSP衞星在軌想象畫，左下角的輻射傳感器指向地球
高分4號的各項參數都比DSP要高得多
這種衞星被稱為“對着地面看的哈勃望遠鏡”，其中目前還在服役的DSP衞星重近3噸，星前部裝有一個大型“望遠鏡”，長3.7米。它也是在靜止軌道上運行的成像衞星，主要是運用紅外成像技術觀測地面情況。衞星上裝有兩個數據轉發器，用來與地面站進行聯絡，能夠高速向地面傳輸拍攝的高分辨率圖像。
相比之下，“高分四號”比DSP衞星重量增加近1倍，達到近5噸，光學、紅外共用的鏡頭直徑達到508毫米，圖像分辨率光學50米，紅外400米。
中國實踐-11號系列衞星是一種類似美國STSS衞星的低軌道紅外導彈預警衞星
美國STSS衞星作戰示意圖，這種衞星主要用來監視中近程彈道導彈
事實上DSP衞星的成像分辨率遠比不上高分四號，但它依然能夠有效對地面的火箭、導彈發射和森林大火、飛機墜毀等作出反應，這是因為紅外成像系統對於強烈紅外信號具有高度敏感的特點，很容易分辨出來。
目前海外猜測中國用於導彈預警的衞星是部署在低軌道上的“實踐”系列多顆衞星。它們的任務可能接近於美國新型的STSS衞星，主要用來探測中短程導彈。美國STSS衞星採用了新一代的紅外成像技術，可以追蹤火箭關機後的導彈目標。美國計劃部署24枚此類衞星，確保升空的導彈可以被4枚衞星同時觀測，這樣就可以從不同角度分析來襲目標性質，甚至據稱可以分辨出實際彈頭和用於偽裝的誘餌。
在“高分4號”技術基礎上，中國將可以部署類似美國SBIRS GEO衞星的先進高軌道導彈預警衞星，真正實現對洲際導彈來襲預警能力
而美國新一代的高軌道預警衞星SBIRS GEO也是被部署在靜地軌道上的預警衞星，主要用來探測上升段的中遠程和洲際導彈，重量2.8噸左右，它裝有探測短波和中波兩個紅外傳感器，在靈敏度、精度等方面有很大提高。
“高分四號”是不是中國的天基導彈預警衞星呢？
顯然也不是。別忘了， 這顆衞星並非屬於解放軍裝備，這就決定了它不可能像預警衞星一樣“兢兢業業”，每秒鐘拍攝6副圖像，等待着或許永遠不會到來的導彈攻擊。
“高分四號”的主要任務仍是為民用用途提供各種高分辨率的衞星圖像，這不是在做預警衞星之餘順便能完成的任務。
那麼，如何解釋“高分四號”的這些特性呢？
考慮到“高分四號”是我國第一枚使用SATS-5000平台的衞星，上面安裝的成像系統也是全新研製的等等因素，我們可以推斷，這枚衞星是為這些新技術進行驗證的一顆衞星，同時，“高分四號”也確實主要承擔民間用途，真正執行發射時相關報道中提到的那些任務。
不要小看衞星的民用用途，“高分四號”可以長時間監視地面一塊特定區域，這種特性在很多領域都會有不可替代的作用。
從這個意義上來説，真正值得軍迷們期待的，顯然並非“高分四號”本身，而是在這枚衞星驗證之後，中國下一步會發展什麼樣的新衞星，真正成為捍衞國家安全的新基石。
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