中科院潘習(xí)哲研究員：航天遙感改變我們的生活

中科院潘習(xí)哲研究員：航天遙感改變我們的生活

編者按：2016年3月，由東莞市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，東莞科技進(jìn)修學(xué)院和東莞市工程師協(xié)會(huì)承辦，以“航天遙感改變我們的生活”為主題的科普?qǐng)?bào)告會(huì)在東莞市松山湖中心小學(xué)隆重舉行，中國(guó)科學(xué)院教授、中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站研究員潘習(xí)哲擔(dān)任主講嘉賓，此次報(bào)告會(huì)也是東莞市第七屆中科院老科學(xué)家科普?qǐng)?bào)告希望行系列活動(dòng)之一。他給大家?guī)?lái)題為《航天遙感改變我們的生活》的科普?qǐng)?bào)告，給大家介紹了什么是航天遙感、它是怎么回事、它在生活和技術(shù)方面有哪些應(yīng)用等，為民眾了解航天遙感進(jìn)行了科普。

潘習(xí)哲研究員

專家簡(jiǎn)介：潘習(xí)哲，男，1940年出生，中國(guó)科學(xué)院中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站研究員，國(guó)家減災(zāi)委減災(zāi)衛(wèi)星辦公室專家組組長(zhǎng)，中國(guó)遙感應(yīng)用協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)，科技部國(guó)家遙感中心戰(zhàn)略專家組成員。2004年至今，任中國(guó)遙感應(yīng)用協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)理事，國(guó)家遙感中心發(fā)展戰(zhàn)略專家組成員。曾榮獲中科院科技成果獎(jiǎng)一、二、三等獎(jiǎng)，國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二、三等獎(jiǎng)，對(duì)我國(guó)科學(xué)事業(yè)發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)，獲國(guó)務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。

一、衛(wèi)星根據(jù)用途分為三大類

人類發(fā)射到太空中的衛(wèi)星大概六千多顆，到現(xiàn)在為止能用的只有一千多顆，剩下的五千多顆都變成了太空垃圾，這六千多顆衛(wèi)星主要分為三大類。

第一大類是通訊、導(dǎo)航定位類。這一類衛(wèi)星主要用于轉(zhuǎn)發(fā)手機(jī)信號(hào)、無(wú)線電信號(hào)以及進(jìn)行導(dǎo)航定位等。但是這個(gè)導(dǎo)航定位衛(wèi)星它并不是一個(gè)導(dǎo)航，它只是不停地發(fā)送無(wú)線信號(hào)，指明具體路徑，通過(guò)發(fā)送信號(hào)的時(shí)間和接收信號(hào)的時(shí)間算下來(lái)。由于衛(wèi)星發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)的速度就是光速，每秒鐘30萬(wàn)公里，因此只要一發(fā)信號(hào)，就可以接到信號(hào)然后測(cè)算距離。這樣通過(guò)一顆、兩顆、三顆甚至更多衛(wèi)星，汽車的位置和距離就可以清楚地被測(cè)算出來(lái)。例如從松山湖小學(xué)去北京應(yīng)該怎樣走？通過(guò)衛(wèi)星指揮可能走哪條高速公路？

第二大類衛(wèi)星就是遙感類衛(wèi)星。例如氣象衛(wèi)星、偵查衛(wèi)星等，大部分衛(wèi)星都是這一類。其共同特點(diǎn)是對(duì)地形觀察。它們可以試探地球，也可以試探月球，也可以試探火星等。

第三大類是科學(xué)類。例如科學(xué)衛(wèi)星，宇宙、天文，或者是很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，將來(lái)發(fā)射的衛(wèi)星都離不開(kāi)這類，比如說(shuō)航天衛(wèi)星。

以下將重點(diǎn)講述第二大類，遙感類衛(wèi)星，它是在三大類里面數(shù)量最多的，也和大家的生活聯(lián)系最緊密。

二、遙感衛(wèi)星技術(shù)的廣泛應(yīng)用

首先探討什么是遙感？遠(yuǎn)距離的探測(cè)和感知就是遙感。具體感知什么呢？感知反射的電磁波或發(fā)射的電磁波，那什么是電磁波呢？大家看到的太陽(yáng)光就是電磁波。

在遙感應(yīng)用方面，包括遠(yuǎn)距離探測(cè)電磁波的變化。除了特大號(hào)的數(shù)碼相機(jī)，遙感還用了幾個(gè)技術(shù)：第一是遠(yuǎn)紅外光的技術(shù)，第二是高光譜分辨率技術(shù)，第三是激光雷達(dá)的測(cè)距技術(shù)，第四是合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，第五是地面系統(tǒng)技術(shù)。

遠(yuǎn)紅外技術(shù)，是類似于響尾蛇感應(yīng)原理，蛇的口不是鼻子，是熱感應(yīng)器?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)并研究響尾蛇的生物學(xué)原理，模擬此項(xiàng)技術(shù)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)溫度熱量的變化是一種遠(yuǎn)紅外的變化，后來(lái)研究了一種材料，這種材料是錫和鉛的合金，這就用來(lái)照相感應(yīng)等。這個(gè)技術(shù)在衛(wèi)星上怎么應(yīng)用呢？如：大森林著火這一實(shí)例的應(yīng)用，紅外技術(shù)可以感應(yīng)到著火，也可以感應(yīng)到氧氣少了，沒(méi)有火了。

高光譜分辨率技術(shù)更神秘。如北京的體育場(chǎng)，有四個(gè)練習(xí)場(chǎng)。根據(jù)高光譜分辨率技術(shù)，可以通過(guò)顏色區(qū)分不同區(qū)域，黃的是草坪，藍(lán)的是塑膠、假草坪，它可以分得很清楚，哪個(gè)是草坪，哪個(gè)不是草坪。

人民幣制造也應(yīng)用了高光譜分辨技術(shù)。仔細(xì)觀察20塊錢(qián)人民幣，在日光燈和太陽(yáng)光下看，以光線直接照射，不管燈光多強(qiáng)、日光多強(qiáng)，有些東西還是看不見(jiàn)。如果用紫外光照射，20元人民幣里面可以看到有一個(gè)物體特別亮。這就是不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光反射不一樣，人民幣制造主要就是利用了這個(gè)技術(shù)。

例如彩虹是太陽(yáng)輻射的光里，人們眼睛能看到的東西。彩虹的赤橙黃綠青藍(lán)紫，是由于太陽(yáng)輻射光里面有長(zhǎng)波無(wú)線電、無(wú)線電波、微波、紅外光、紫外光、X光、Y射線。青藍(lán)紫光在其中所占比例很小，感紅細(xì)胞、感綠細(xì)胞、感藍(lán)細(xì)胞能看到的也只占很小一部分。因此大家眼睛看不到的世界遠(yuǎn)比看得到的世界廣而大。人們?nèi)庋劭床坏降氖澜?，可以借助遙感衛(wèi)星，借助技術(shù)從可見(jiàn)光拓展到紅外光、雷達(dá)。

高光譜分辨率技術(shù)還可以廣泛運(yùn)用于軍事探測(cè)領(lǐng)域。它可以探測(cè)淺水區(qū)潛艇與水雷；可以區(qū)分真假導(dǎo)彈發(fā)射架的油漆；可以區(qū)分“木質(zhì)誘餌”與實(shí)體；還可以進(jìn)行水下等多種場(chǎng)景的勘探，山洞探測(cè)核武器、化學(xué)武器的具體隱蔽位置等等。

遙感應(yīng)用的第四個(gè)技術(shù)是合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。例如遠(yuǎn)紅外光可以探測(cè)火災(zāi)，高分辨率可以區(qū)分不同的材料，激光雷達(dá)可以測(cè)量高度，這些都是光學(xué)遙感。但是光學(xué)遙感在高空云層就失去效應(yīng)了，無(wú)法觀察到云層下面的變化，這時(shí)候就需要借助雷達(dá)技術(shù)。雷達(dá)技術(shù)的難度系數(shù)相對(duì)于遠(yuǎn)紅外光技術(shù)和高光譜分辨率技術(shù)要大很多。雷達(dá)在接收到數(shù)據(jù)后，需經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)的技術(shù)處理，才能轉(zhuǎn)化為肉眼可以觀測(cè)到的影像。目前高分1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)雷達(dá)衛(wèi)星都已經(jīng)發(fā)射，但是高分3號(hào)雷達(dá)衛(wèi)星卻沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。高分4號(hào)先發(fā)射了，高分3號(hào)還沒(méi)有發(fā)射，為什么會(huì)延遲發(fā)射，主要原因是因?yàn)楦叻?號(hào)雷達(dá)天線技術(shù)難度系數(shù)很高。中國(guó)當(dāng)時(shí)的研發(fā)水平還沒(méi)達(dá)到這個(gè)發(fā)射要求，但是經(jīng)過(guò)幾年來(lái)航天專家?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克技術(shù)難題及關(guān)鍵技術(shù)，中國(guó)航天技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，高分3號(hào)的天線不久將會(huì)由中國(guó)航天專家團(tuán)隊(duì)完成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高分3號(hào)的發(fā)射。

遙感技術(shù)能在物品種類區(qū)分上有廣泛應(yīng)用。通過(guò)衛(wèi)星技術(shù)，科學(xué)家可以把某塊菜地里的蔬菜品種進(jìn)行清楚分辨，也可以從遙感圖像上分出不同種類的東西，比如說(shuō)哪些是糧食，哪些是小麥，哪些是稻谷等。

遙感技術(shù)同樣應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)。例如太湖，通過(guò)遙感技術(shù)影像圖發(fā)現(xiàn)，1985年以前太湖水是特別清的，那時(shí)太湖周邊的植物長(zhǎng)勢(shì)好。太湖北邊是江蘇省，南邊是浙江省，莊稼長(zhǎng)得特別好。但是過(guò)了15年，碧波萬(wàn)里的太湖變得黑糊糊，到了2007年藍(lán)藻大爆發(fā)，魚(yú)類都瀕臨死亡，受害最廣的是無(wú)錫，其水資源受到嚴(yán)重污染。為了整治污水，政府投資500億、關(guān)閉了140多家企業(yè)，但問(wèn)題仍然沒(méi)有得到根治，藍(lán)藻還是存在間斷性復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于太湖的出水口相對(duì)狹小，全部水量換一遍要60年，污染一旦形成，治理起來(lái)就非常困難。所以大家不管從事什么工作，環(huán)境保護(hù)都特別重要。

飛行遙感在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水、土、工、環(huán)、災(zāi)、軍、氣、海都特別有用，發(fā)揮了重要作用，可以說(shuō)，航天遙感改變了我們的生活。

遙感技術(shù)同樣廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，航天遙感與現(xiàn)代通訊是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的基石。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，部隊(duì)作戰(zhàn)可以利用遙感技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位以偵察地形和攻擊目標(biāo)。福建省北側(cè)的軍用機(jī)場(chǎng)離釣魚(yú)島比較近，是中國(guó)的重要戰(zhàn)略軍事要地，部隊(duì)布置無(wú)人機(jī)在這里駐守陣地。無(wú)人機(jī)偵查是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要技術(shù)手段，使用假目標(biāo)迷惑敵人也是一個(gè)重要策略手段。但是如果這些無(wú)人機(jī)里，有用木頭做的材料或是其他材料，遙感技術(shù)可以進(jìn)行有效區(qū)分。但是如果你做的材料、油漆都和真無(wú)人機(jī)一致，機(jī)內(nèi)是否有裝東西是無(wú)法知道的。

最后探討用遙感技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)打擊。如在100、200公里的距離靠雷達(dá)接觸目標(biāo)，到幾十公里用激光雷達(dá)，那在100公里以內(nèi)應(yīng)用什么技術(shù)？就用航天遙感精確定位。飛到100公里左右就用這個(gè)手段，通過(guò)精確分析多個(gè)因素，符合目標(biāo)條件就可以打。如美國(guó)打了兩次伊拉克，第一次是在1994年的老布什時(shí)代，9年后的2003年，他兒子小布什又打了一次，這一次美國(guó)兵的影子都沒(méi)找到，但美國(guó)用了19000枚導(dǎo)彈，精確制導(dǎo)武器占98%。作為一個(gè)國(guó)家，伊拉克戰(zhàn)敗了，這就是現(xiàn)代信息化時(shí)代的精準(zhǔn)打擊，可見(jiàn)空天襲擊具有戰(zhàn)略上的致命性。2007年，我國(guó)用自己研發(fā)制造的導(dǎo)彈把國(guó)家已報(bào)廢的衛(wèi)星打掉。當(dāng)時(shí)這顆衛(wèi)星在800公里外的太空，時(shí)速2600公里，如此高的速度，精準(zhǔn)打掉報(bào)廢衛(wèi)星，目前世界上只有美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)。正是因?yàn)橛辛撕娇蘸教爝b感技術(shù)在軍事上的應(yīng)用，才極大地提升了我國(guó)的軍事實(shí)力。

（編輯：劉啟強(qiáng) 羅麗冰）