【軍事博評】William:遙感41-同步軌道之眼?

2023-12-19 10:26:27 最後更新日期:2023-12-19 19:39:53
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者


410A預定明年發射的巡天號光學艙 / 軌道望遠鏡。和KH-11及以後的偵照衛星一樣,中國偵照衛星也是國家機密,連外形都沒公開,只能以性能相近的太空望遠鏡當成示意圖。(圖片來自連結)

 之前說過,這次長征5號不但使用更長的載荷艙,且載荷一直不明,只能由長征5號的任務特性及一直沒有宣傳的載荷來看,這很可能是一顆軍用的大型同步軌道衛星。星期五晚長征5號遙六發射後,航天中心終於公佈該載荷的名字:遙感41。

首先需要留意的是,「遙感(台灣稱為遙測)」其實是英文remote sensing的中譯,香港並沒有對這個詞語進行港式翻譯,直接採用國內的譯法。其原思原是指不經物理接觸的情況下採集某件事物的情報,若在航天領域上(尤其是中國),就是指在軌道上向地面某目標採集包括光學、紅外、紫外、各瀕帶電波及輻射等訊息,無論是民用、軍用、兩用或是技衛驗證用途,例如官方唯一對上一個遙感衛星(遙感40號)的描述,就是「主要用於開展電磁環境探測及相關技術試驗」。

Milstar地球同步軌道除有很多導航定位的衛星外,也擁有半個地球的「視野」,是大型通訊衛星接駁全球通訊的良好軌道,左為現在仍在服役的美軍同步軌道大型通訊衛星Milstar雖然只有4.5噸重但解開後全闊可超過10當然這軌道高度也同樣適合安置大型訊號截收及監聽衛星這類衛星通常擁有異常巨大的摺形天線盤右為水星計劃其中一顆獵戶型訊號監控衛星的預想圖(圖片來自維基百科資料二)

 

遙感41號衛星的ISS trackor 編號為2023-197A,北美防空司令部編號為58582,現時軌度高度為26000至36000公里左右,現時每日繞地兩圈,看軌道高度應該還要一段升軌時間才能到達地球靜止軌道。相當特別的是,同步軌道的衛星雖然不少,但大型衛星只能算屈指可數,且幾乎全部都是美國貨,主要是Milstar系列中繼通訊衛星(4.5噸)和獵戶系列大型通訊監聽衛星,現在反而跑出一個非美國的異類,且也是這個軌道上未有出現過類似任務的人造衛星。

410C美國的低 / 中軌道偵照衛星自1975年開始的KH-11型開始服役後,不但採購價到達嚇人的地步,而且一直處於絕對機密之中,甚至到現在KH-11早期型都沒有人知道是什麼外形,只能靠由地面拍攝的模糊照片及同期幾種太空望遠鏡(如哈勃、斯皮策等)來猜度其外形或評估其性能,往後KH-12至14的外形更只能完全靠猜。KH-11中後期型的外形算較為確定了,還是因為國家偵照中心將其中一部後備鏡拆掉鏡面與關鍵儀器後轉讓給NASA,並改裝成羅曼紅外線太空望遠鏡。(圖片來自連結1連結2)

 

官方對遙感41號衛星的描述是「遙感41號衛星是高軌光學遙感衛星,主要用於國土普查、農作物估產、環境治理、氣象預警預報和綜合防災減災等領域,可為國民經濟建設提供資訊服務」,簡單來說就是「理論上」軍民兩用的光學偵照衛星

不過問題是這種頗為巨型的光學偵照衛星過去都是低軌道衛星,例如美國的KH-11(五個子型)、KH-12及現時仍然詳細不明的KH-13/14光學 / 紅外偵照衛星,而過去除中國試驗過2018年的高分四號及2020年的高分十三號光學觀察衛星(兩個都只是2至4噸重的同步軌道偵照衛星,鏡頭口徑隨時不足一米,且分辨率都在15公尺以上),除進行驗證實驗外,高精度光學偵察能力非常一般;另外中國還有大批小型民用偵照衛星,走的路似乎不是看得極清,而是更新極快」。

而根據火箭運力及兩、三年前曾展出個已磨好的3米至4米空間用反射鏡,似乎可裝入更大口徑的光學偵察衛星,且甚至比已知的KH-11後期型有更大的鏡面直徑。不過即使有和KH-11系列比肩的分辨度,在遠100倍的靜止軌道上也只能維持米級的解像度。問題是,搞出一個離地面那麼遠的偵照衛星,究竟要幹什麼?

FB IMG 1702697538933今年一月於自然雜誌上公開的空間望遠鏡用4米直徑級別碳化矽材料主鏡,特點是更為輕巧,適合作為大型太空望遠鏡或大型偵照衛星的主鏡頭。(圖片及資料來自相關論文)

根據學術期刊《衛星應用》2018年第12期一篇訪問高分四號衛星項目負責人李果先生的訪問,李果先生提出同步軌道光學衛星成像的四個發展方向:

 410B需要留意的是,所有火箭如果是把衛星之類直接送入同步軌道,載荷重量會小得多,但如果是送入同步轉移軌道再利用載荷自身燃料逐步加速至同步軌道,則實實載荷可以更大,故計算運載火箭運力時通常會計算同步轉移軌道運力。不過這種軌道轉移最少都要一至兩個月時間才能完成。(圖片及資料來自連結)

 FB IMG 1702775394777李果先生訪問的剪輯內容。(網絡圖片)

 

 

階段性

分辨率

主鏡口徑

相關項目完成年份

第一階段

50米級

沒有提及

2018年(高分四號)

第二階段

15米級以上

沒有提及

預計2020年(疑為當年10月發射的高分13號

第三階段

3-5米級別

3-4米直徑

(遙感41)

第四階段

1-2米級別

分塊式成象體制或其他成象技術(目鏡可以有更大口徑但更輕)

(未有預定年份)

 

李果先生又指出高分四號及其後續系列具較快的響應速度及高頻次觀測能力(因為地球靜止軌道是固定對著地球半球,根本不會移向他處,可極長時間連續觀測,也不會有一天經過對方頭頂多少次的問題),同時又指出該項目隨固有的精度改善空間,更重要的是數據時效性與傳輸機制需要進一步完善化及觀測數據有效性的處理機制,言下之意是……前者需要更高速與更直接的傳輸至用戶端的技術,後者則似乎要以人工智能更快判斷數據有效性。

訪問中更暗示了靜止軌道重型光學衛星的一個重要功用:利用觀測數據安排後續補充觀測,若由軍事角度理解,這似乎可理解成一種廣域觀測 / 先期預警機制,找到可疑目標後再自己進行更窄視場但更高分辨度的觀測,或由地面方調動其他低軌道觀察衛星進行補充觀測。

低軌道民用偵照衛星吉林一號觀測中國快舟一號火箭發射影片。該小型民用低軌偵照衛星現時在軌各子型數量達131顆,並可保持任一地每天過頂30次以上。 

 由於遙感41號正對的位置似乎是以太平洋為中心的半球,似乎可以監察相當大範圍太平洋甚至部分印度洋的海上情況,若果高分41號有預期3-5米級別的最佳辨識度,加上同時具備紅外光與可見光拍攝功能,並不排除可作為觀測太平洋上船舶、軍艦甚至大型飛機用(如果數據傳輸可以快到接近實時的話),這不失為一種海洋連續監控與早期預警手段,更可指引其他低軌道衛星或戰術單位做目標標定的工作。

410D實踐20號同步軌道中繼通訊衛星,2019年12月隨長征五號遙3升空,是同步軌道中其中一個大傢伙,太陽能板展接近40公尺。該試驗實驗了更高流通量的Q/V波段及激光通訊,最高可達1.25 GB / s的數據傳輸速度。空間高速數據傳可說是同步軌道光學衛星網絡成功的關鍵所在。(圖片及資料來自連結1連結2)

 

需要指出的是,美軍過去一直製造價格極高的近地空間偵照衛星,追求的是精度更高的照片,以作為地面影像情報分析之用(可屬於軍事或諜報工作);另方面,現時中國正在發展中的大型光學偵照衛星,當然可以有同樣用途的型號,但其還是以更高高度的廣域監控為主,甚至具備海洋監測及指引目標的功能,反而「預警味道」更強。現在就看看似乎已在發展第三階段的遙感41號衛星(或將來可能發射的同類型號)是否已能實用化、空間高速傳輸技術是否到位及辨識度足夠勝任實視監控工作,更或者科學技術單位經過評估後,是否要再等第四階段具備更高精度的偵察技術完成後,才能正式部署,猶未可知。

 

發佈於 軍事博評
By 2023-12-19

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