商業(yè)遙感衛(wèi)星星座的軍事化應用分析

彭振忠 李 丹

世界正經(jīng)歷著百年未有之大變局，航天已經(jīng)處于技術革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿，商業(yè)航天正在以前所未有的速度與深度重塑航天基礎設施建設模式與應用方式。這其中，商業(yè)遙感作為商業(yè)航天的主力軍之一，正以“互聯(lián)網(wǎng)式”的風格對國防科技發(fā)展與軍事場景應用產(chǎn)生顛覆性影響。20世紀70年代以來，以美國、法國、英國為代表的西方航天大國通過積極的政策導向和資金扶持，迅速開展了高性能遙感衛(wèi)星的研制和商業(yè)化運營，形成了政府監(jiān)督管理引導、企業(yè)自主運營的良性循環(huán)商業(yè)模式，這期間的遙感主要服務于軍事和政府。進入21世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)浪潮下催生了以SpaceX、One Web、Planet等為代表的一批商業(yè)航天企業(yè)，經(jīng)過20年的發(fā)展與競爭，已經(jīng)形成商業(yè)航天領域的領頭企業(yè)，并不斷形成產(chǎn)業(yè)凝聚優(yōu)勢。在世界各國開始逐步著手建立自主可控的對地觀測系統(tǒng)的同時，商業(yè)遙感企業(yè)如雨后春筍般沖擊著航天產(chǎn)業(yè)。目前已經(jīng)形成了以美國數(shù)字地球（Digital Globe）公司、美國Planet公司、波蘭和芬蘭Iceye公司等為代表的企業(yè)。

遙感技術是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中遂行態(tài)勢感知和作戰(zhàn)支援任務的重要手段?；谛l(wèi)星平臺的空間遙感具有巨大的優(yōu)勢：一是軌道高，發(fā)現(xiàn)目標快，偵察范圍大，可在短時間內(nèi)偵察遼闊的地域；二是既可長期、重復地監(jiān)視全球，又可定期或連續(xù)地監(jiān)視某一地區(qū)；三是可在短期內(nèi)或?qū)崟r地提供偵察情報，能滿足軍事情報時效性的要求；四是不受國界和地理條件的限制。自海灣戰(zhàn)爭以來，美軍已經(jīng)通過越來越廣泛的途徑獲取商業(yè)遙感數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用也已經(jīng)從戰(zhàn)略應用廣泛下沉到戰(zhàn)術應用，以廣泛支撐聯(lián)合作戰(zhàn)過程中對態(tài)勢感知和目標指示的需求。

典型商業(yè)遙感企業(yè)

基于星座的近地軌道遙感衛(wèi)星系統(tǒng)逐漸成為大國遙感領域競爭的熱點和太空經(jīng)濟新的增長點。

國外主要在軌遙感衛(wèi)星投資運行模式

美國數(shù)字地球公司是全球領先的高分辨率光學衛(wèi)星圖像和信息提供商，總部設在美國科羅拉多州的朗蒙特市。1993年，美國商務部首次授予許可證，允許其建造和運營衛(wèi)星系統(tǒng)，收集高分辨率的商業(yè)銷售數(shù)字地球圖像，開創(chuàng)了商業(yè)遙感的先河。公司圖像解決方案具有廣泛的應用領域，包括國防和情報、民間機構、環(huán)境監(jiān)測、互聯(lián)網(wǎng)門戶和導航技術等。數(shù)字地球公司已經(jīng)發(fā)展的第二代高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，其中WorldView-3的分辨率達到0.31米，其市場用戶主要包括美國政府用戶和多元化的商業(yè)市場用戶，大部分收入都來源于美國政府。政府機構通過大訂單和長期合約等形式購買其數(shù)據(jù)服務，扶持其商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)建設和運營。

美國Planet公司主要建設高頻成像對地觀測小衛(wèi)星星座，用于獲取時序圖像，制作視頻產(chǎn)品，并服務于高分辨率遙感大數(shù)據(jù)應用。Planet公司是前美國國家航空航天局(NASA)科學家于2010年在舊金山成立的一家遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)公司，主要從事光學遙感業(yè)務。Planet公司2015年完成對德國BlackBridge公司的收購，獲得5顆RapidEye衛(wèi)星，2017年從谷歌公司手中收購Skybox獲得15顆Skysat衛(wèi)星。目前，Planet公司“鴿群”（Flock）星座已完成系統(tǒng)部署，星座規(guī)模達到149顆在軌衛(wèi)星，該星座有著其他公司無法比擬的每天覆蓋全球1次的超高頻時間分辨率。Planet公司是新興遙感小衛(wèi)星公司的典型代表，在衛(wèi)星設計研制方面技術更迭快，在數(shù)據(jù)獲取方面經(jīng)濟、快捷、適用性強，同時專注于挖掘海量遙感圖像中隱藏的信息，為各類分析決策提供支持。

Iceye公司是一家波蘭和芬蘭初創(chuàng)公司。目前，Iceye公司是全球惟一一個通過小型合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星提供高分辨率成像商業(yè)服務的機構，也是世界上第一個發(fā)射商業(yè)微型合成孔徑雷達衛(wèi)星的公司。截至2020年5月，Iceye公司一共發(fā)射運營著3顆SAR衛(wèi)星組成的星座。2020年3月9日，Iceye公司在YouTube上發(fā)布了有關其合成孔徑雷達（SAR）視頻的演示視頻顯示，SAR圖像由單個衛(wèi)星凝視模式生成，凝視時間為20秒或更長時間，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后，以視頻流的形式顯示目標位置的移動變化。對場景中運動目標的檢測對于檢測目標的活動情況具有重大的意義，Iceye公司所提供的SAR視頻圖像可用于跟蹤卡車、火車、輪船甚至飛機去往某個地點的運動情況。

Capella Space是美國一家衛(wèi)星和地球觀測初創(chuàng)公司，通過衛(wèi)星提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)。Capella Space推出一項在其現(xiàn)有的測試硬件平臺上進行了改進的衛(wèi)星技術，該技術可提供0.5米以下細節(jié)的高分辨率雷達成像，能夠提供實時任務，這意味著Capella的客戶將能夠從衛(wèi)星上獲得所需區(qū)域的成像，基本上是按需進行的。Capella Space將建設一個由36顆衛(wèi)星組成的Capella空間星座，36顆衛(wèi)星將被放置在12個軌道平面上，以提供每小時的重訪觀測。Capella Space與美國主要政府客戶，包括美國空軍、國家偵察局（NRO）和國防部國防創(chuàng)新小組（DIUx）等均有合作。

美國政府和軍方對商業(yè)遙感衛(wèi)星的態(tài)度

美國NGA和NRO標志

第一，通過美國商務部實施對商業(yè)遙感企業(yè)、市場和數(shù)據(jù)的有效管控，既保證了美國技術的先進性和對國外市場的壟斷打壓，又在本質(zhì)上通過商業(yè)遙感實現(xiàn)遙感霸權。出于對本國遙感企業(yè)和遙感技術的保護，美國政府和軍方非常重視對美國商業(yè)遙感企業(yè)遙感數(shù)據(jù)的采購，不斷放寬管制，釋放商業(yè)遙感市場活力。同時，以美國國家安全為由，美國不斷強化對遙感企業(yè)數(shù)據(jù)及特點區(qū)域遙感成像的限制與控制。2020年5月19日，美國商務部發(fā)布了新版商業(yè)遙感規(guī)則。新規(guī)則的制定過程歷經(jīng)坎坷，凸顯了美國對于遙感領域的擔憂與意圖。歷經(jīng)數(shù)月的跨部門審核后敲定的修訂版規(guī)則去掉了原先對此類系統(tǒng)施加的許多限制。美國遙感公司衛(wèi)星系統(tǒng)所提供數(shù)據(jù)與非經(jīng)商務部許可的渠道若“大體相當”，如國外系統(tǒng)，將被歸入第一層，限制條件很少。最新版的美國商務部遙感規(guī)則指出，如果商業(yè)遙感公司所提供遙感數(shù)據(jù)只有其他美國系統(tǒng)才能與之媲美，這些系統(tǒng)的條件要求將有所增加，包括要能進行所謂的“快門控制”，從而讓政府能夠暫時限制對特定區(qū)域的成像。對于無法在全球市場上得到的“全新能力”的擬建系統(tǒng)，除以上限制性措施以外，美國商務部將有權對其施以長達3年的更多臨時性條件。

第二，通過美國國家地理空間情報局（NGA）逐步開放購買商業(yè)遙感數(shù)據(jù)為美軍作戰(zhàn)提供情報支援，為國家高級決策人員提供及時、準確的地球空間情報信息。NGA具有國家情報機構和國防部作戰(zhàn)支援機構的雙重身份，其職責是處理和分析各種類型的圖像、地理信息等數(shù)據(jù)，形成與地理位置相關活動的地理空間情報（GEOINT），用于支持國家安全、國家政策、作戰(zhàn)部署等不同層次的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術需求。該機構從美國商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星發(fā)展開始，長期負責采購或交換商業(yè)圖像和外國政府圖像，以及協(xié)調(diào)美國政府部門和機構的圖像使用申請。

在“2019年度GEOINT學術研討會”上NGA提出其長期技術需求是基于其使命任務，包括加強和不斷提高監(jiān)測持久威脅、評估新出現(xiàn)問題、繪制世界地圖和建立世界模型、對長期情報主題進行深入研究的能力等。2020年5月，NGA商業(yè)運營業(yè)務組負責人戴維·高蒂爾表示，NGA將與商業(yè)公司簽約，以分析軍事目標的衛(wèi)星和其他圖像數(shù)據(jù)。盡管最初的合同數(shù)量不多，但此舉是NGA邁出的一大步。NGA將建立一個混合架構，以同時具備連接和應用國家偵察系統(tǒng)和商業(yè)偵察系統(tǒng)的能力，目前其正在評估眾多商業(yè)公司的能力。NGA不指定圖像來源，但對商業(yè)合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星數(shù)據(jù)充滿熱情。

第三，通過NRO構建由國家和商業(yè)能力組成的綜合偵察監(jiān)視架構，以實現(xiàn)對美軍遙感需求和美國遙感能力領先的長效保障。NRO隸屬于美國國防部，位于美國弗吉尼亞州，是美國的16個情報機構之一。該機構是美國偵察監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)的主管機構，負責為美國政府設計、研發(fā)、采購、發(fā)射、部署和運行光學/雷達成像、電子偵察、海洋監(jiān)視等各類偵察監(jiān)視衛(wèi)星，比如大名鼎鼎的“鎖眼”“長曲棍球”衛(wèi)星。該機構得到國家偵察計劃的撥款，這些衛(wèi)星系統(tǒng)主要服務于國家決策層的戰(zhàn)略偵察監(jiān)視，是美國情報各部門所需天基信息的重要來源，如為國家安全局提供信號情報、為國家地理空間情報局提供圖像情報、為國防情報局提供測量與特征情報等。NRO特別希望將快速增長的商業(yè)衛(wèi)星能力與其專門制造的昂貴的偵察衛(wèi)星結合起來，創(chuàng)造出由國家和商業(yè)能力組成的綜合空中監(jiān)視架構。2018年8月底，NRO向數(shù)字地球公司授出“增強視景-后繼”商業(yè)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務合同。2019年12月，NRO分別向兩家商業(yè)遙感企業(yè)Capella Space公司和Hawkeye 360公司授出關于SAR遙感和商業(yè)無線電頻射頻（RF）遙感的合同。此次合同不僅僅是吸收更多的數(shù)據(jù)，還著眼于如何檢查情報信息準確性，并將新信息整合到NRO現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中，從而能夠?qū)AR、RF和對同一目標的可視圖像結合起來。NRO商業(yè)系統(tǒng)項目辦公室主任Pete Muend說：“通過這兩份合同，我們正在探索SAR和RF在圖像傳輸方面的整合，以納入NRO架構?！?/p>

軍事應用實例

數(shù)字地球公司的圖像拍攝于2011年1月15日拍攝的本·拉登住所遙感圖像

美國國家地理空間情報局利用遙感數(shù)據(jù)復原本·拉登住所，其中商業(yè)遙感數(shù)據(jù)扮演了積極角色

自20世紀80年代始，商業(yè)遙感已經(jīng)被廣泛應用和服務于國防和軍事領域，包括軍事偵察、導彈預警、海洋監(jiān)視、武器制導、毒劑偵察、軍事測繪、氣象觀測等。與軍事偵察衛(wèi)星相比，商業(yè)遙感衛(wèi)星多為星座布局，覆蓋面廣、成本低、重訪周期短、系統(tǒng)彈性強，在目標偵察、戰(zhàn)爭潛力評估、攻擊后毀傷評估及戰(zhàn)時氣象保障等方面的作用不容忽視，在戰(zhàn)爭中是軍事偵察衛(wèi)星的有力補充。利用商業(yè)遙感衛(wèi)星星座可對全球敏感目標實施全天時、全天候的偵察，戰(zhàn)前對機場、橋梁、導彈發(fā)射井、武器試驗場、部隊集結、武器部署等戰(zhàn)略戰(zhàn)術軍事活動目標進行長時間、大覆蓋偵察，形成大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)，以服務軍隊制定作戰(zhàn)和打擊計劃，評估對手的戰(zhàn)爭潛力，并可基于大數(shù)據(jù)預測未來對手調(diào)動與發(fā)展。打擊過程中，可實現(xiàn)對目標的動態(tài)監(jiān)視，對火炮陣地、飛機場、裝甲集群等進行聚焦式密切跟蹤，指示打擊目標等。打擊后，利用商業(yè)遙感衛(wèi)星對目標進行打擊效果評估。

商業(yè)遙感在海灣戰(zhàn)爭中的應用。1990年—1991年，海灣戰(zhàn)爭期間，美國軍方與休斯公司合作，利用休斯公司旗下地球觀測衛(wèi)星公司的陸地衛(wèi)星-4號拍攝和處理伊拉克地區(qū)的高清遙感圖像。美軍根據(jù)軍用衛(wèi)星和商業(yè)遙感衛(wèi)星的圖像數(shù)據(jù)，制定空襲行動計劃（包括進/出飛行路線）和打擊路線等。商業(yè)遙感衛(wèi)星為軍方提供了大量的數(shù)據(jù)，使戰(zhàn)斧巡航導彈獲得了前所未有詳細和精確的數(shù)字地圖，結合戰(zhàn)斧巡航導彈的地形匹配制導算法，使其能夠穿越上千千米的沙漠荒漠地形區(qū)，實施對巴格達等城市的精確打擊。同時，美軍利用美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的民用氣象衛(wèi)星為作戰(zhàn)過程中的氣象預測和保障工作提供支撐。

商業(yè)遙感在特種作戰(zhàn)中的應用。2011年5月1日，美軍擊斃了“9·11”恐怖襲擊的肇事者—“基地”組織前領導人本·拉登。2011年1月15日，遠在美軍發(fā)動突襲行動之前，數(shù)字地球公司的衛(wèi)星即對本·拉登的住所進行了重點觀測并形成了遙感數(shù)據(jù)。圖像覆蓋了巴基斯坦阿伯塔巴德附近的一片區(qū)域，其中一棟建筑后來被證實是本·拉登的藏匿之所。4個月后的5月1日，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布美軍特種部隊當天成功發(fā)動了定點突襲，打死了本·拉登，從而結束了長達10年之久的追蹤行動。

伊朗彈道導彈襲擊美軍基地后，商業(yè)遙感局部圖像顯示的基地局部中至少有4個軍事設施被導彈摧毀（紅圈處）

2019年2月，美國新聞節(jié)目《六十分鐘時事雜志》報道指出，NGA局長還展示了本·拉登被擊斃前所居住的建筑的模型，這棟建筑建設時就已經(jīng)被美國間諜衛(wèi)星拍攝過，NGA利用間諜衛(wèi)星和商業(yè)衛(wèi)星的圖片存檔將每一層建筑的室內(nèi)結構布局、樓梯位置都還原出來，并在美國搭建了一個1:1的模擬建筑來訓練海豹突擊隊員。

商業(yè)遙感在導彈戰(zhàn)中的應用。目前，商業(yè)遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)被廣泛應用于導彈戰(zhàn)前的目標識別、標定和指示、打擊后的打擊效果評估等環(huán)節(jié)。特別是采用高光譜成像技術的遙感衛(wèi)星能夠在連續(xù)的工作波段上同時對目標進行探測，可以直接反應被測物體的光譜特征，分辨出目標表面成分和狀態(tài)，以得到空間探測信息與地面實際目標之間存在的精確對應關系。在軍事目標偵察、識別偽裝方面，高光譜遙感能夠依據(jù)背景與偽裝目標不同的光譜特性發(fā)現(xiàn)軍事裝備，通過光譜特征曲線可反演出目標的組成成分，從而揭露與背景環(huán)境不同的目標及其偽裝。

2020年1月3日凌晨，被視為伊朗二號人物的該國革命衛(wèi)隊“圣城旅”司令蘇萊曼尼在伊拉克巴格達機場遭遇美軍定點襲擊身亡。2020年1月8日凌晨，伊朗發(fā)射彈道導彈對2處駐伊拉克美軍基地發(fā)動“報復打擊”。美軍承認有10枚彈道導彈命中駐扎有1500名美軍的阿薩德基地。商業(yè)衛(wèi)星拍攝到了阿薩德基地被打擊以后的情況，從美國行星公司獲得的衛(wèi)星圖像顯示，伊朗的征服者-313型導彈精確命中美軍基地多處臨時機堡和機場設施，展示其精確打擊能力。商業(yè)衛(wèi)星Skysat的拍攝分辨率為0.8米，但大氣影響了圖像的整體質(zhì)量。盡管如此，伊朗導彈造成的損失依然清晰可見。

商業(yè)遙感在未來作戰(zhàn)中的應用。隨著人工智能、無人機、無人車、人機協(xié)同、大數(shù)據(jù)等技術快速進入戰(zhàn)場，未來復雜戰(zhàn)場背景下，新一代武器裝備將對遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)生爆發(fā)式的增長。隨著以行星公司、Iceye和Capella Space為代表的互聯(lián)網(wǎng)型商業(yè)遙感企業(yè)的崛起，商業(yè)遙感將會在未來作戰(zhàn)過程中扮演越來越重要的角色。軍事情報機構將更多的購買傳感器、地理位置信息、無線電頻率收集等商業(yè)遙感數(shù)據(jù)，采納商業(yè)遙感企業(yè)基于圖像和機器學習的數(shù)據(jù)分析工具，以增強利用數(shù)據(jù)分析、機器學習等技術實現(xiàn)目標識別、區(qū)分偽裝等目標能力。