主题：聊聊传输型遥感卫星 -- 温雅颂

所谓“传输型”遥感卫星，指的是遥感图像不是通过感光存储在感光胶卷上，而是通过光电耦合的技术，以数码图像的方式存储。数字图像通过星地数据传输通道由卫星地面接收站接收。

由于卫星与地面站进行数据传输只能是直线传输，因此一个地面站能接收到卫星信号的范围只能是以地面站为圆心，方圆几百上千公里的一个圆形空域。卫星飞入这个空域后开始下传数据，飞出后下传就自动停止，等到再飞入这个空域或另一个地面站接收空域时再继续下传。

以“高分一号”的高分辨率相机为例，其照片覆盖60x60公里范围。地球周长近似40000公里。如果相邻的卫星相片有10公里的重叠，卫星绕地球一圈就需要拍摄800幅相片，才能保证在轨道飞行方向上的图像彼此连续，没有空白区。同理，卫星需要围绕地球转800圈，才能保证轨道与轨道之间图像有不少于10公里的重叠。由此可以得出结论：高分一号如果想拍摄整个地球，总拍摄量将是64万张图像。

根据已知信息，高分一号的高分辨率图像，幅宽60公里，全色，分辨率2米。这样的分辨率，这样的幅宽，其图像的数据量就是3万X3万X3，等于2,700,000,000字节，即每幅图像的数据量约为2GB。要想把全球图像全部存储，卫星上的存储容量需要达到1280TB。

假设中国只有一个地面接收站，假设它的接收范围是1千公里为半径的圆型空域。因为卫星轨道间隔是50公里，这就意味着有40条卫星轨道在这个范围内，卫星有40次机会下传数据。但这40次机会是不等的，经过接收站正上方的轨道在这个圆形区域内的时间最长，两边的轨道按照余弦函数递减。

根据第一宇宙速度，卫星绕地球一圈大约需要85分钟。从接收站头顶穿越这个圆形区域飞行2千公里大约需要4分钟。如果这是一个2千公里乘2千公里的矩形区域，40条轨道总共可以有160分钟下传时间，因为是圆形区域，总共下传时间则只有126分钟。

总之，在卫星上存储64万福图像，每幅图像两兆字节，这需要相当大的星上存储空间。而另一个瓶颈则是下传通道，在126分钟里下传所有的图像显然是不可能的。多建一些接收站理论上可以解决问题，但实际则未必。原因在于：卫星对这样一个圆形区域进行拍摄，会得到1256幅图像。即使地面接收站很多，彼此空域严丝合缝，每个地面接收站只接收自己空域的图像，也需要每分钟下传10幅图像，总共20GB的数据量。对数据无线通讯我是外行，不敢下断言，但我估计现阶段恐怕还做不到。即使能做到，地球表面大部分是海洋，根本没法建接收站。

由于以上的限制，现在所有的传输型遥感卫星，都不可能连续拍摄地球上的所有地区，事实上也没必要。只能根据地面的指令，拍摄一些特殊关注的地区，然后在飞经接收站上空时把数据下传。

因为卫星总的拍摄和下传能力有限，卫星能同时执行的对地拍摄面积也就有限。比如，假设高分一号原计划拍摄东北的林区，监测森林是否发生大面积病虫害，同时拍摄长江地区，监测农作物的生长形势。如果这两个地区已经占用了高分一号的全部拍摄容量，而此时发生了马航事件，需要用它拍摄南印度洋搜索海域。地面控制人员就需要给卫星发指令，立刻停止拍摄东北林区或长江地区。如有机会的话下传已经拍摄的图像，然后清理出足够的存储空间用来拍摄南印度洋。这就是我们新闻中所听到的“调用”卫星。应对马航事件，一般情况下应该不需要进行卫星变轨，因为遥感卫星轨道都是除了两极之外全球覆盖的，早晚会经过那个地区。在准备调用卫星的那一个时刻，中国的遥感卫星肯定都分布在全球不同地区，有的卫星离搜索地区近，可能几小时后就会经过这里。有的卫星离得远，也许需要几天时间才飞经那里。很自然地，地面控制中心会先“调用”离得近的那颗。根据这些卫星经过该地区的时间顺序，依次调用这些卫星。每颗卫星一旦飞过该地区，下次再重新飞经该地区就是很多天以后了，这也是为什么中国需要“先后共调用20多颗卫星”的原因，其实就是用20多颗卫星“接力”的方式，让卫星排着队依次拍照，尽量缩短该地区的拍摄间隔。

（待续）