走進新時代的小衛星（三）
印度當地時間2月15日9時28分，印度空間研究組織ISRO在該國南部薩迪什·達萬航天中心成功發射一箭104星，打破俄羅斯在2014年6月創造的「一箭37星」世界紀錄，是迄今人類單次發射衛星數量最多的一次。
那次發射中有88顆小衛星來自同一家美國公司——Planet。
本文編譯自阿什利·萬斯於bloomberg.com發布的文章「The Tiny Satellites Ushering in the New Space Revolution」，分三期介紹了Planet 公司創建、Dove立方星的製造與發射、圖像採集和數據分析的廣泛應用等相關信息，此為第三期。
第一期回顧：走進新時代的小衛星（一）
第二期回顧：走進新時代的小衛星（二）
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2017年4月中旬，為美國國防部和情報部門分析圖像的國家地理空間情報局（National Geospatial-Intelligence Agency）在弗吉尼亞州的斯普林菲爾德（Springfield）舉行了一個會議，討論了衛星成像（satellite photography）的迅猛發展如何改變間諜活動。為了保密，NGA的圖像分析師、Planet公司的客戶，以及其他參會人員（都在進入會場前）交出了其（隨身攜帶的）電子設備，統一放置於保險箱中，然後進入一個大型的木質內牆禮堂參加此次會議。
20世紀60年代，政府很難得到其所需的衛星圖像。當時美國政府開展了一個代號「科羅娜」（Corona）的項目（也稱「日冕計劃」），利用一顆成像衛星拍攝地球照片，然後讓滿載膠片的太空艙返回地球。返程途中會有一架飛機嘗試用網接住太空艙。讓人驚喜的是，這種做法每每奏效。
今天，這個過程簡單多了，但真正的高質量圖像仍然是稀有商品。這個市場的領跑者是位於科羅拉多州威斯敏斯特（Westminster, Colo.）的數字地球（DigitalGlobe）公司，用業內人士的話來說，該公司運營著一個生產精美（衛星）照片的大型衛星網路。他們的（衛星）圖像解析度一流，能夠渲染小如汽車的對象。
DigitalGlobe公司宣稱，它每個月可以掃描地球60％的地方，並能根據要求拍攝特定目標（美國政府通常有優先權）。DigitalGlobe的衛星軌道距離地球約370至500英里（約600至800千米），高於Planet 公司的230至310英里（370到500千米）。（要說二者的其他區別，）舉例而言，在Planet拍攝的衛星圖片中，雖然你能分辨出汽車，但卻很難看出是什麼顏色的車。
為了處理新拍攝到的大量衛星圖片，各公司都在開發相關的分析軟體，對衛星圖片進行初始檢測，挑出（圖像中）有運動和異常的，並在這些地方做出標記，然後交專人進行分析。
向人工智慧的轉變讓NGA的很多人覺得沒有安全感，但該局局長Robert Cardillo認為，從對圖像的壟斷控制變為公開競爭令人興奮：「我們正在降低去太空的成本，同時，我們也在降低後續工作的成本。」
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2016年，NGA與Planet公司簽署了一份價值2000萬美元的協議，能在7個月內不受限的訪問後者的（所有衛星）圖像數據。「我迫不及待地想衝到他們旁邊，參與這項事業。」Cardillo補充說。
有些人已經捷足先登了。在Planet公司嶄露頭角的時候，反恐專家兼前DigitalGlobe員工Gerby Marks女士正在考慮離開這個行業。在她看來，日常圖像與人工智慧（AI）的結合是一種啟示——它是一種預測未來的方式，而不再是對過去做出反應。
她說：「DigitalGlobe只會在有任務命令時才會拍攝某個地點，但現在我們可以在發現這些事情之前就把他們提前檢測出來。」
在弗吉尼亞州舉行的會議中，Marks向美國南方司令部（U.S. Southern Command）介紹了其諮詢公司3 Gimbals LLC所做的工作，她的團隊收集了委內瑞拉北部海岸卡貝略港（Puerto Cabello）若干天的Planet Labs圖像，並用一種用於監測輪船交通狀況的演算法進行了分析。
當軟體檢測到在特定碼頭的活動增加時，Marks和她的團隊在線查詢了該碼頭的地理位置坐標。隨後他們在俄羅斯社交網路VK上貼了張照片（VK即VKontakte，為俄羅斯知名在線社交網路服務網站，用戶主要來自俄語系國家）。
在沒有實地考察的情況下，Marks的分析師無法確認實際情況，但該碼頭的船隻貌似是俄羅斯的，而且船員們還一直在網上曬自己的行程。Marks說：「現在你可以看到船上配有的設備類型，判斷其是否與某種商品或產業有關，甚至可以找到正常和異常活動的趨勢。此外，每個月至少獲取（同一地點）一次衛星圖片才能理解並解釋有關的變化。」
原料分析師們一直在尋找的——用其術語來說——就是「生活模式（patterns of life）」，它研究人和物如何移動，讓觀察者預測事情的發展方向。比如，到醫院的交通流量高得異常，是否是病毒爆發的早期預兆？矽谷的企業很自然的湧向了「生活模式」概念，再加上些圖像和演算法，他們就可以做一些啟發大眾或者讓大眾驚恐的事情了。
James Crawford是參與NGA會議眾多企業家中的一員，他曾經是Google圖書的負責人，將數以百萬的圖書信息上傳至資料庫，供人們搜索。
目前，Crawford擔任初創公司Orbital Insight的CEO。這家（與Planet公司一樣）位於山景城的公司使用Planet公司、DigitalGlobe公司和公共存儲庫中的圖像，將它們集成為一個資料庫。
Orbital Insight公司的演算法可以搜索汽車、大樓、樹木、油罐、太陽能電池板、軌道交通工具（火車、地鐵和輕軌等）、船隻和飛機等物體。隨著演算法的逐步改善，識別世界各地的物體將用不了幾天的功夫，而且，即使地形和周邊基礎設施出現變化也不在話下。
Crawford可以調取一座上海港口的圖像，然後像玩智力遊戲一樣將其解析——圓柱型的儲油罐被標成了綠色，船舶是紅色，建築物是藍色。點一個按鈕，軟體就會標出幾個月內新出現的八座新建築；再點一個按鈕，軟體就會算出某一個油罐中有多少油。「油罐頂上有漂浮的蓋子，」Crawford解釋道，「如果蓋子在最頂端，油罐中就不會有陰影部分，所以這個油罐是滿的。」如果有陰影的話，Orbital Insight公司可以通過測量角度和油罐的尺寸計算出其儲存的油量。
Crawford曾表示，公司追求的是「觀察性真相」。Orbital Insight公司還會選取分析師和政府的報告，並把自己的計算結果與專家的計算結果進行比較，而後者常常會被證明是錯的。
另一家初創公司SpaceKnow則通過一種極其簡單的Web服務提供類似信息。想知道俄羅斯2014年從烏克蘭手中奪取克里米亞後都幹了什麼壞事么？在地圖上標出該區域後，SpaceKnow的圖片信息會一步一步告訴你，俄羅斯軍隊疏浚了黑海的部分地區，並修建了橋樑和道路，準備迎接更多的部隊和坦克。
SpaceKnow的CEO Pavel Machalek說：「你可以看到，他們正試圖將克里米亞的南部與俄羅斯本土相連，方便其入侵。」
SpaceKnow通過夜間光點數量的多少推算出多個非洲國家的GDP，此外，它還可以監測海洋中船隻的移動，跟蹤煤礦的出產情況。Machalek說：「你可能要1000名人力分析師來做這些事，但機器和演算法永遠不會覺得累。」
那些擔心隱私的人無需多慮，因為Planet和DigitalGlobe的衛星拍不了人們的面孔或汽車牌照。該技術更適合於識別某種產業或某種環境的生活模式。儘管如此，Planet還是創建了一個Google風格的地球搜索引擎，從接受指令開始俯瞰地球上的人類，到得到我們日常活動的答案，僅需幾分鐘。不過，目前尚不清楚這種軍用級別質量的圖像的傳播會如何影響全球的安全和其他相關領域，也不清楚這種權衡或折中是否值得。
儘管答案可能並不令人滿意，但是如Marshall和Schingler這樣的先驅者並沒有迴避道德問題。例如，Planet強烈要求其客戶不得將其圖像用於戰鬥行動，但他們沒有真正的手段來防止這種情況。
Marshall說：「一般來說，我對於（將我們的圖像）用於情報沒什麼問題。回顧歷史，比如在冷戰時期，信息透明會緩解緊張局勢。」關於日益凸顯的太空碎片問題，他指出，這主要歸咎於高軌道大衛星的解體，而Planet的低軌設備設計壽命就短。
總的來說，他認為這項技術的好處遠多於壞處。「在應對自然災害上，比如保護棲息地和海洋等，我們可以提供實質性和全球性的幫助。人類進步的價值是巨大的。如果不是利遠大於弊，我也不會出現在這裡，我的很多同事也不會在這裡工作。」
到目前為止，Planet對這種出售圖像並讓其他公司開發分析軟體以便讓圖像更實用的模式表示滿意。不過最近，它也開始招聘軟體工程師來開發自己的圖像分析系統，意在讓Orbital Insight等公司為富有的客戶處理專業工作，而Planet則幫助普通人像使用Google一樣來查詢其資料庫。這樣一來，不僅亂砍濫伐等現象將得到公眾的有效監督，小企業也可以藉此改善其服務。Marshall 認為，「在一兩年內，這樣的事情可以一試。」
今年早些時候，Planet收購了能提供高解析度（衛星）圖片的大型衛星製造商Terra Bella公司（前身為Skybox Imaging），這家公司曾經看上去比Planet更有希望成功——特別是當Google在2014年花5億美元收購這家公司的時候。
如今，Planet一石二鳥，在收購Terra Bella的時候也達成了另一樁買賣——Google入股Planet，並同意採購Planet的衛星圖片。買下Terra Bella和它在軌的7顆衛星，Planet可以更直接地與DigitalGlobe以及其他眾多新加入的公司進行競爭。
一些自命不凡的新貴公司正在測試一些近乎魔術的技術，位於帕羅奧圖市（Palo Alto）的Capella Space公司正在開發SAR（合成孔徑雷達）衛星。SAR可以穿透雲層，並能在夜間拍攝圖像，還可以進行如土壤含水量測量這樣的複雜測量。與Planet一樣，Capella Space公司一直在研製又小又便宜的衛星，並計劃從2017年開始（陸續）將36顆衛星送入軌道（Planet公司也在一個秘密實驗室里開發SAR衛星）。
以色列的SpacePharma公司已經成功研製出了一個能容納在一顆立方星內的、有一定功能的（迷你）科學實驗室。過去的研究表明，太空中的失重（環境）會讓基因表達比在地球上更強，分子的表現也與在地球時不同。當前，人們也在太空種植或保存某些植物、藥物和化學品，期盼這類研究能夠有所突破，並最終在地球上得以應用。
也許最有雄心的初創企業是佛羅里達州的OneWeb，它希望用成百上千，甚至成千上萬的小型低軌通信衛星環繞地球。
由於地理和經濟條件的限制，地球上有約30億人缺少高速互聯網（接入）服務，而OneWeb的衛星網路會使這些人獲益。OneWeb計劃在2018年開始用Virgin Orbit等公司的火箭發射衛星。此外，諸如Astro Digital、Axelspace、Hera Systems、Iceeye和Spire等許多公司也都擁有自己的成像衛星。
為了可持續發展，衛星的繁榮也需要火箭技術的突破。Elon Musk的SpaceX公司最先展示了這種可能性，SpaceX公司通過降低（發射）入軌成本來激勵火箭和衛星初創公司，並證明了私營航天公司的可行性。目前約有10家公司在專門研製發射立方星的小型廉價火箭。
目前，資金和客戶最多的是Rocket Lab公司，該公司於2017年5月在紐西蘭的私人航天港完成了其碳纖維結構的Electron型火箭的首次成功測試發射。待該火箭全面投入運行後，該公司每次發射的報價僅為500萬美元，遠低於目前的行業基準——SpaceX的6000萬美元（原文如此，作者未考慮不同軌道高度和不同運載能力對應的發射服務價格差異）。
Rocket Lab在Twitter上的發射視頻截圖
Rocket Lab公司希望在未來幾年內達到年均100次的發射，而這個數字相當於整個航天界2016年的總發射次數。此外，位於圖森市（Tucson，美國美國亞利桑那州南部城市）的Vector Space Systems公司和理查德·布蘭森的維珍軌道（Virgin Orbit）等公司也向市場推出了類似的火箭，也希望實現高頻次發射。
所有這些新的選項都讓Planet公司對其發射的時間安排和目標軌道擁有了更多的把控。到目前為止，Planet公司的衛星往往是通過搭載和其他大衛星一起發射，就像印度的這次發射。Planet公司已經開始打造自己的聯繫網路，並計劃將其衛星放在Rocket Lab公司接下來的兩枚測試火箭和前三枚商業火箭上發射。
「發射現在是航天行業創新的最大障礙」，Schingler說，「如果可以頻繁、便宜且可靠地進入空間，整個格局將會一下子改變。所以，小火箭會成為遊戲規則改變者（game changer），之前難以想像的新太空任務將進入我們的視野，五年之內我們將見證某些不可思議的事情（發生）。」
2015年，風險資本共向初創航天企業投資了18億美元，幾乎是此前15年投資總額的兩倍，其中多數投資都在美國。
由於新太空（New Space）運動，美國在幾年的時間裡經歷了太空梭退役、失去商業發射競爭優勢，到目前再度彰顯其全球領袖的地位。俄羅斯、歐盟、日本、中國和印度現在必須決定是否以及投入多少資金，用於可重複使用火箭、小火箭和其他創新手段的研發。而有了Rocket Lab這樣的公司，其他（非航天）國家也可以啟動自己的航天項目了。
對於篤信新太空運動的人來說，這場比賽將是一次輝煌演出的一部分：人類註定命運的終極表達。
投資了Planet公司（以及SpaceX公司和Tesla公司）的風投大腕Steve Jurvetson表示：「太空經濟將與地球經濟前所未有地融合在一起。我們會見證更多的行動，使得通往火星和殖民其他星球的道路變得更加可信、也更負擔得起。當這種理想在你我的有生之年成為現實，它將成為人類歷史的轉折點。我想說，它的意義與原始人類發現火，或者進化論的出現一樣，這就是人類成為多星球物種的時刻。」
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