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科普贴: 《光学成像卫星为何找不到马航客机》
作者: loyi337
这次马航失联事件，很多人在问，为何那些被认为精度极高的光学成像军民用卫星，这次并没有成效？那些用天价堆起来的“天眼”，似乎还不如你的网络摄像头好用？
要知道，不论是运行在近地轨道还是极轨道上的光学成像卫星，对于那么大的一个地球上那么小的一个目标，其星载光学成像系统的性能，都是极其有限的。如果你看过NASA发布的国际空间站（ISS），运行在400多公里高度的近地轨道上看到的地球景色，那只能看到很小很小的一片区域。
所以，从上世纪50年代开始，美俄的光学成像侦察卫星竞争，就是为了2个终极目标而奋斗：分辨率和回访周期。 分辨率很好解释，卫星能看到报纸上的标题还是一个足球场？回访周期也许拗口，实际上通俗解释就是，你多久才能看一次那个目标，是4天还是5天或者25天？（PS，为何二炮伪装阵地，都要算好美国卫星过顶时间，其玄机就在这里）
为解决这个难题，美俄想破了脑袋、投入了巨资。早期的美俄返回式光学成像卫星，日冕系列和天顶系列，其轨道寿命只有几天，往往用于侦察固定的战略目标：机场、港口或者军工厂，以某一预定好的倾角射上轨道，几天后就返回，经常一年就要发射很多颗。
苏联第一代光学成像卫星，天顶2型、天顶4型，，寿命8天。1961-1970年间，一共发射了157颗，平均每年近20颗，基本上1个月就要发射1.6次，这样才能保证对多牛入毛的美国军事目标进行拍照留念，而且，对机动目标基本上无效的，当然精度也就呵呵呵了。（以上数据来自科娃博客，《卫星应用》2004.03 ）
1975年，中国也首次拥有返回式光学成像卫星，发射了煎饼-1号，对外叫FSW-0，其轨道寿命仅有3到5天，1974－1987年间发射10次，9次成功发射与回收，胶片地面分辨率10米，用于地面固定目标的发现与识别，其使用效能，比起美俄早期的返回式光学成像卫星，是非常非常渺小的。
但对于当时的美国和苏联来说，对方拥有的战略目标，如导弹地下井或者是伪装地下井阵地，几乎是天量的，一颗卫星能侦察和覆盖的范围非常有限，所以从那时候开始美俄光学成像卫星，都是把普查型和详查型卫星结合，如天顶2型、天顶4型分别为普查和详查型卫星，锁眼系列中，KH-1普查，KH-4详查，中国的返回式卫星也是如此。
根据卫星相机类型和飞行高度，光学成像卫星有普查、详查两大类型，在60多年后的今天，在美俄中这三个国家的军用光学成像卫星中，依然存在，但美国相对淡化了这个概念。从1976年第一颗KH-11发射以来，这种“全能型”选手，拥有超乎寻常的轨道机动能力，平时执行普查任务，一旦有热点目标可降低高度，执行详查任务，当然造价嘛，一颗15亿美元。
另一方面，光学成像卫星都把照片回传地面，在CCD成像技术远没有成熟的1960-1980年代，基本上美俄都完全依赖返回式光学（胶片）成像卫星。如美国最后一种返回式成像卫星KH-9大鸟，一直从1971年使用到1986年，也就是人类第一颗数字成像（实时传输型）光学卫星——KH-11服役10年后。
俄罗斯和中国的情况也是类似，看了国外卫星网站的资料，俄罗斯到今天还在使用返回式光学成像卫星。和数字成像光学卫星相比，在美俄中三国光学成像卫星发展过程中，成熟的返回式卫星的分辨率都曾一度优于早期的传输型卫星。如美国KH-9、俄国今天还在用的琥珀-4K2M系列，除了主胶卷舱外，还有多个可随时回收的小胶卷舱，一定程度上解决了返回式卫星长时间执行任务，卫星照片时效性不佳的问题。
PS：（中国情况类似，2000年第一颗实时传输型农业卫星煎饼-3发射后，返回式的煎饼-4还在发射）
另一方面，早期返回式光学成像卫星，为了获得较高分辨率的照片，多数工作在尽可能较低的轨道（如中国返回式卫星，通常轨道高度为200多公里），大多数寿命都只有1个月甚至更短（记得没错的话，中国最后一种返回式光学成像卫星，寿命只有27天），而一些巨无霸型的，如KH-9大鸟，或者琥珀-4系列，因为携带燃料较多，才获得较长的轨道寿命。
在这方面，美国佬走了一条不同寻常路，从KH-9开始，其不论是返回式光学成像卫星还是传输型卫星，个儿越来越大，庞大的燃料储量可用于轨道维持和轨道机动。如KH-11，通常被射入近地点200多公里、远地点1000公里的椭圆形轨道上，兼顾详查与普查，且拥有很长的轨道寿命（有些资料显示近10年），其重量高达10多吨重，这样可以尽可能减少卫星发射数。
所以，时至今日，光学成像卫星早已迈入了高分辨率、数字传输的时代，但依然无法完全解决光学分辨率与回访周期的矛盾。也许KH-11或者先进KH-11，其光学分辨率的确高达0.1米，但其单颗星的回访周期对于短时间监视马航残骸这种留在海面上的“时间敏感目标”依然是非常悲剧的，在三颗星联网工作时，其回访周期也许是一天，但也许一天时间内，残骸早已飘去。
其中一个解决办法，是把光学成像卫星轨道高度大幅提高，远远提高现有卫星其光学覆盖的范围，比如射上36000公里高的静止轨道，但目前即使是美国，也不具备这样的条件，正如资深航天网友松鼠在《静止轨道的天眼》一文中写到的那样，即使有符合运载能力的火箭把KH-12打上静止轨道，其分辨率也会下降到几十米开外。
寻找马航客机残骸，正如大海捞针，光学成像卫星面对这种任务，实际上也确实余力不足，科学有时候就是这样，不是你想要怎么样就能怎么样的，美苏50年的太空竞赛中，光学成像卫星的技术“科技树”确实在攀升，发展了近10代光学成像卫星，带来了前所未有的对地监视能力。
很多文章有这方面的形容，如KH-11可以看到报纸上的标题，但实际上，你看报纸的时候，折起报纸只有几分钟时间，也许离你最近的KH-11，也在5000公里以外的太空，它又如何恰好就在你头顶呢？
那只是某些人的臆想。
琥珀-4K2M系列胶片返回式光学成像卫星，俄罗斯时至今日都在使用，有主胶卷舱和圆形的小型胶卷舱，可多次回收
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2014-03-25 09:26:06
