【博評】William:科技雜誌小編不懂裝懂?由海絲一號說起

2021-04-06 14:02:43 最後更新日期:2021-04-07 16:34:38
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

下載 14某雜誌製作的比較圖。(圖片來自騰訊網)

 

今時今日,無論傳媒界還是一些專業人士,在報道、評述一些專業範圍的問題上,似乎都有不懂裝懂的毛病,包括沒有弄清專業知識、就胡亂評價相關產品的技術性能,或者某些專家在缺乏另一門學問 / 專業的知識情況下,就胡亂評論某些技術領域。在與軍事相關的報道上,這點更為普遍,近日香港就出現類似的案例。

長賜號巨型貨櫃輪近日於蘇彝士運河發生事故,導致運河被堵塞超過6日,引發全球航運交通大亂;然而在香港傳媒中,這卻弄出了一個大笑話:某網上科技雜誌,嘗試比較各國民用 / 商業光學衛星的清晰度問題,當中所選西方及台灣的衛星都是民用偵照衛星上在其科技領域都有指標地位,但在選取中國作比較時,就莫名其妙地選了一個成像度只有1米1像素且只有單色的衛星「照片」,言下之意似乎想指中國的偵察技術相當落後,差距極大。

W020210401635400122585應該算中國民用偵照衛星中解像度最高的吉林一號高分03A星對長賜號拍攝的衛星圖像,最佳拍攝時全彩是0.72米,算中規中矩,但單色攝影時的解像度就未有公報。光學衛星上,中國衛星與美國相比仍有一段不小的距離,不過相對於WorldView-4之類最頂尖的民用光學衛星(解像度最佳時0.31米),吉林一號系列最大優勢是重量只有其1/5。(圖片來源:騰訊網)

 

不過問題來了,這本雜誌的小編在編採上犯了「採櫻桃」和「關公戰坦克」式雙重謬誤!即不單故意選了一個性能看上去好像比較差的東西作為代表去糊弄讀者,他們所選的更加是一個「關公戰坦克」(已經不是關公戰秦瓊了)的錯誤比較因為……海絲一號和所列舉的所有衛星照片,根本不在同一條科技樹上:一邊是商業用光學偵照衛星,另一邊卻根本不涉光學,而是商業用合成孔徑雷達成像衛星!完全兩項不同科技領域的東西,究竟怎樣比較好?

unnamed 71E-8聯星空中指揮機,其AN/APY-7相控陣雷達擁有SAR繪圖功能。(圖片來自Military Today.com)

 

合成孔徑雷達成像技術(Synthetic Aperture Radar,下稱SAR),簡單來說就是一部用了干涉原理的電磁波版本繪圖「聲納」,不同波段的SAR衛星(大部分都是X、C、S及L波段,波長由2.4CM至30CM,各有不同的分析度與穿透能力)透過電波照射地面並接收回波,透過回波反射的時間長短,從而取得地形與物形狀的數據。不過由於使用波頻都是厘米波級別,單次掃瞄下就想取得成像,需要極大的天線及極高的發射能量,例如C波段(5CM)就需要4250米的雷達陣面,才能有10米的雷達成像

SAR Spotlight Mode DiagramSAR 衛星旋行合成孔徑成像的基本過程。下面所提到的ASEA相控陣就更好;它不需要天線指向,因為相控陣本身就可以利用天線的相位差改變電磁波的射向。(圖片來源:Capella Space)

 

解決方法就是在飛行途中在不同地點連續向目標發射多發波束,雷達陣面的大小就相當於你飛行的距離了。舉個例,如果你在衛星軌道用半秒時間向目標發射多道波束,並精確紀錄每次波束反射所發生的振幅與波形變化,然後將所有數據傳回地面再用電腦分析及重組,就可以得出更精確的雷達「聲納」圖像。

TT111989年麥哲倫號金星探測器在金星軌道使用SAR雷達掃瞄,並製成金星全域雷達地形圖,此發揮了SAR雷達的最大優點-即使是比地求大95倍氣壓且幾乎全是硫酸雲覆蓋的大氣層,照樣難不到它。右圖是金星上的盾形火山,平均25公里闊,卻不到750米高;右圖是依雷達數據製作的金星某地地形圖,當然,這全都是後期染色。同樣技術後來也用於卡西尼號探測土衛六。(圖片來源:連結1連結2)

 

由於雷達波不受光源所限制,而且穿透力特強,不單雲層及霧霾、沙塵暴可穿透,甚至可穿透植被及一部分表土,有極強全天候及夜間偵察能力,且更易穿透偽裝及掩體,有極強的軍事偵察及天文研究價值,故在60年代開始就用於軍事用途,70年代後期開始更用於金星及土衛六的探測任務。美國發射過的大塊頭偵察衛星(16噸)Lacrosse 1-5,就是SAR偵察衛星,而2015年發射、現時仍處於高度機密狀態的黃玉(TOPAZ)衛星,也是SAR偵察衛星。

FIA RADAR CONCEPTTOPAZ SAR衛星2008年之想像圖。該星2015年時升空並仍在軌服役,但其外觀卻被視為機密,甚至是否有轉用相控陣天線,我們仍無法得知。(圖片來自GlobalSecruity.com)

 

基於雷達及電子技術微縮化在80年代後期進步神速,SAR衛星亦陸續出現民用版,負責地形、植被探測(不同波段對植被的穿透度都不同)、全天候環境監控等,例如加拿大的RADARSAT、歐盟的哨兵系列、西班牙的COSMO-SkyMed系列等,提供1-10米解像度的雷達影像。而為讓資料更新率提高,這些衛星往往是幾枚一組,組成星座。

W020210401636755849340現時號稱全球最強的民用SAR衛星-美國的Capella Sequoia,解像度最佳狀況下可達0.5M (X波段),不過相對於冰眼或海絲一號,其所用的仍是較傳統的單面陣大型伸縮網狀天線,達3.5米闊。其長賜號的影像稍有變形,這是因為長賜號部分船面會散射雷達波,而且在拍攝期間目標物若有位移,影像會矇成一團。這是因為雷達圖需多次掃瞄才能成像所致。(圖片來源:Guter's Space Page及Capella Space)

 

不過近年則有人將SAR衛星進一步微縮化及提高性能,芬蘭的ICEYE公司2015年起投入資金發展100公斤以下SAR微衛星群,名為ICEYE X系列(冰眼系列),理念是在盡量使用商規零件的情況下組成一個擁有19個衛星的微衛星群,並首次公開引入相控陣雷達技術,在體積大幅縮小的情況下仍有相當高的解像度(最高3米)。這衛星群中的衛星壽命雖然較短(因為欠缺空間裝設調整軌道引擎及對輻射防護能力大幅減弱),但對於全球環境監控能力卻大大提高。

01 640 480海絲一號2016年項目開始時的模型圖與Guter's Space Page所採用的CG圖。(圖片來源:Guter's Space Page與航空航天港網站)

 

事實上今次的主角海絲一號,就是這條技術樹的延伸,其主要由廈門大學、長沙天儀空間科技研究院有限公司和中國電子科技集團公司第三十八研究所合作研發,並於去年12月隨長征八號升空。根據天儀空間科技研究院的官方知乎賬號透露,這是個重量只有187公斤的立方摺疊實驗型C波段SAR衛星,也是海絲衛星群系統的首號星,運作高度大約是500至600公里高的太陽同步軌道。

v2 51d5c3a8b53256de2a74f93dd1be349e 720w海絲一號眼下馬來西亞雪蘭莪州的廈門大學馬來西亞校區,此乃3米解析度條帶模式。(圖片來源:天儀SPACETY)

 

 

其技術特異之處,是採用進一步改良的AESA相控陣天線,且陣列比之前提到的ICEYE X系列更進一步加大強化。使用相控陣天線的優點和AESA雷達一樣,可進一步集中主波束、推高精確度並同時對消旁波瓣之餘,相控陣雷達各組陣面可以經電腦排程下獨立運作,亦即是說在一次對目標掃瞄中,它可以進行廣域掃瞄同時,又能對不同目標進行個別掃瞄,而對同一目標集中掃瞄,在相同時間內掃瞄次數可比傳統機掃雷達多4-5倍,是故單一衛星可以提供1、3及20米分析率的。類似技術即使是用於軍用衛星,也只是不太久前的事(當然,軍用衛星的SAR解像能力更高,有指在最理想情況下可達0.1米)。

v2 891201ee02c0daff4a21ddc1b4a64fcc 720w海絲一號眼下馬來西亞吉隆玻國際機場,此乃1米解析度聚束模式,可辦別飛機型號了。(圖片來源:天儀SPACETY)

 

更重要的是,這個海絲一號連研發經費,成本大約就1700萬美元,在200公斤級以下衛星來說算貴,但對於同級別大型SAR衛星而言就相當便宜(可能只是用了加強防護的商規元件,壽命預期會較低,但因為輕且可大量生產,發射費用攤分起來也不算貴),而且這個民用SAR在技術及分析水平也是在世界範圍內的第一陣營中,再加上這會發展成衛星群,研究方表示這有助進一步加強解像度,單價也可以進一步降低!看來,這個小編已犯上第三種錯誤:想拿「次品」來糊弄讀者,怎料選中的卻是個「寶」阿!

641 3不知是無知還是故意,小編沒有告訴你的是,他們那張相其實屬於廣域拍攝模式,每20米一個像素而已,全照片幅蓋範圍大約100公里長及20公里闊,長賜號就在箭頭位置。(圖片來源:騰訊網)

 

其實類似事件還有不少,例如Navalnews 4月1日就刊載一則「中國最新型巨型潛艇-100式下水」的報道,並指出該艇有相當誇張的武裝配備,而且尺寸及排水量更遠遠超過颱風級,成為史上最巨大潛艇!報道一出台灣幾份報紙也跟隨且煞有介事的報道,只是……那只是西方媒體典型的愚人節笑話而已,結果一堆傳媒不加考究,也對相關內容缺乏了解,就全部「撞翻車」,最後只有撤去報道或修改內容。礙於這只是愚人節笑話,本人就不多談了。然而莫講傳媒了,事實上很多專家在自己不熟悉的領域上也習慣「大放厥辭」,且不肯細查資料,結果成為「磚家」,例如天氣專家講建築結構強度、醫生講空調設計標準、工程師講航太晶片、人文地理學家胡扯核能,以至近年已較少露面的「萬能磚家」「講得先生」等。歸根結底,這似乎都是懶得查資料,無視另外一些專業有自己的設計標準與邏輯的結果。要講一件事,先要調查其背景並了解其基本原理,這是最基本的要求吧,不是嗎?

 

 

 

發佈於 博評
By 2021-04-06

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