高分四號性能強大，出人意料竟能監視火箭發射

NOAA的靜止軌道氣象衛星GOES-16意外的捕獲到Delta IV火箭的發射

3月18日美國國家海洋和大氣管理局的工作人員在推特上發布的一張照片，引起了軍迷們更大的興趣，美國最新的GOES-16靜止軌道氣象衛星居然捕獲了Delta-IV火箭發射的場景。我們都知道美軍DSP和SBIRS等天基紅外預警衛星用於探測和跟蹤導彈火箭的發射，中國一直沒有公開導彈預警衛星的存在，而周邊彈道導彈造成的防禦壓力與日俱增，無數中國軍迷都在期待：我們何時有自己的導彈預警衛星啊！現在美國氣象衛星捕獲了火箭發射，為我們帶來了更多的期待，中國的衛星又如何呢？中國的高分四號衛星已經給出了答案。

中國GF-4衛星具有更高的解析度，是靜止軌道上解析度最高的遙感衛星

高分四號衛星是中國高解析度對地觀測系統重大專項下研製的衛星系統之一，和其他高分衛星不同，高分四號是一顆定點在東經105.6度的靜止軌道高解析度遙感衛星，它也是目前全世界在靜止軌道上解析度最高的遙感衛星。高分四號衛星配備了一台巨大的可見光/中紅外共口徑面陣凝視相機，在可見光波段的解析度為50米，中紅外波段解析度也有400米。它位於距離地球表面36000公里高的靜止軌道上，衛星和地面相對靜止，再加上面陣凝視的成像方式，其成像和我們常用的數碼相機類似，所以它可以在短時間內對目標區域進行高頻重複觀測。

GF-4凝視相機口徑很大，在36000公里外的靜止軌道上也有不錯的解析度

據報道高分四號可見光面陣為一億像素，紅外探測面陣也高達百萬像素，根據中國資源衛星應用中心的數據，高分四號的重訪時間僅為20秒，而它的拍攝幅寬高達400公里，也就是說它20秒「咔嚓」一下，一張照片能裝下整個河南省。高分四號衛星的視野覆蓋了中國及其周邊地區，可對地球約1/3的表面明察秋毫，它結合衛星姿態快速機動能力，還可以做到對視野範圍內的多個熱點地區進行交替巡查。

美國發射了5代23顆DSP衛星，是幾十年來美國天基紅外預警的頂樑柱

我國尚未公開靜止軌道紅外預警衛星，那麼高分四號衛星有沒有可能兼職導彈預警呢？對比美國的天基紅外預警衛星，或許可以得到一些啟示。國防支援衛星（DSP）曾是美國天基預警的頂樑柱，它使用自旋穩定方式，衛星每分鐘轉6圈，以擴大監視範圍。DSP衛星自旋時，施密特相機和紅外線陣像鐘錶的指針掃描錶盤一樣，對視野範圍內的地表進行圓錐掃描，對某個具體目標的重訪觀測間隔時間為10秒。DSP衛星早期使用2000個像元的紅外線陣，只有2.7微米一個紅外波段，後期升級為6000個像元，並具備了2.7微米和4.3微米的雙色短波紅外探測能力。DSP衛星觀測的兩個波段可不是亂選的，2.7微米波段和4.3微米波段恰好是水和二氧化碳分子輻射較強的波段，大氣對這兩個波段的紅外光又吸收殆盡，這樣既能探測到噴出大量水和二氧化碳的火箭發動機，又獲得了較冷的地面背景。不過有利必有弊，DSP衛星只能等導彈飛到稠密大氣層外，才能探測到它的尾焰。DSP衛星另一個弊端是它解析度低，地面解析度居然只有約3-5公里，這對洲際導彈發射探測來說尚可，但偵察定位中短程的戰術彈道導彈就有些勉為其難了，當然它仍可以為戰術彈道導彈發射提供約5-6分鐘的預警，預警中遠程戰略導彈更不在話下。

美國新一代的SBIRS衛星，使用掃描和凝視兩種探測器進行導彈預警和跟蹤

美國還發展了新一代的SBIRS衛星，它包括靜止軌道衛星和大橢圓軌道衛星兩部分，前者用於替代DSP衛星，後者以閃電橢圓軌道加強對北半球中高緯度地區的監視。SBIRS衛星裝有高速掃描型紅外探測器和高解析度凝視型紅外探測器，它們均為短紅外、中紅外和地面可見波段的三色紅外探測器，其中前者負責普查掃描地球表面，發現導彈發射後由後者精確詳查，但從SBIRS衛星的照片看，即使是高解析度凝視紅外探測器，也不是高分四號這樣的大型相機，換句話說解析度無法和高分四號相比。

GF-4設計上使用3.5-4.1微米波長的中波紅外，並不適於導彈預警，更適合監視火災

高分四號雖然設計解析度高，但它其實並非專業預警衛星。首先它的刷新頻率低，資源衛星應用中心的數據稱重放周期20秒，而早期報道中更是提到「時間解析度高達分鐘級」，這樣的指標對於探測導彈發射是十分不利的。更糟糕的是，高分四號設計上首先滿足防災減災的需求，它的中紅外觀測波段選在3.4-4.1微米，這個波段內大氣只會吸收約10%的輻射，所以它對森林火災明察秋毫，但也意味著地面背景很「熱鬧」，反而不利於探測導彈尾焰。簡而言之，雖然高分四號並非我國天基紅外預警的探路者。

GF-4衛星曾拍攝到澳大利亞的火災，也為國內森林防火做出貢獻

難道高分四號真和導彈預警無緣么？倒也並非如此。高分四號的中紅外波段不適合探測導彈和火箭目標，但這只是相對而言。美國的GOES-16衛星使用ABI成像儀，在3.9微米的紅外波段解析度2公里，但仍探測到Delta-IV火箭的發射，那麼400米解析度的高分四號，又怎麼會熟視無睹呢。此外高分四號在可見光波段解析度高達50米，同樣可以提供不錯的探測能力，只不過20秒的重訪時間可能會漏掉短程彈道導彈的發射。2016年第4期的《航天返回和遙感》上的論文顯示，高分四號衛星去年就已經捕獲過某次火箭發射的過程，證明高分四號可用於觀測導彈和火箭發射並非作者的臆斷。

GF-4曾跟蹤拍攝某運載火箭的發射過程，證明它也可以用於探測監視導彈發射

總而言之，作為一顆民用遙感衛星，高分四號雖然設計上沒有考慮導彈預警，但它的可見光和紅外感測器性能十分強大，甚至可以擴展監視火箭和導彈的發射。高分四號畢竟不是專業的天基預警衛星，我國類似SBIRS的預警衛星也已經浮出了水面。根據航天科技集團對八院勞模陸國平副主任的報道，他在靜止軌道某衛星和大橢圓某衛星型號立項論證中成績突出，我們期待中國的SBIRS天基預警衛星系統能早日亮相吧。

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