Skybox公司高分辨率小微卫星星座开启商业遥感2.0时代

· 文|北京空间科技信息研究所 刘韬

一家美国创业公司正在通过低成本高分辨率小微卫星星座改变天基商业遥感的应用模式。

人类自开始探索空间以来，目前国外仅50余颗卫星能够拍摄高分辨率照片，即便是航天实力最强的美国仅有12颗高分辨率光学成像卫星在轨正常运行。除军用光学侦察卫星外，进入天基商业成像市场的仅剩“伊克诺斯”-2（Ikonos-2）、“快鸟”-2（QuickBird-2）、“地球眼”-1（Geoeye-1）和“世界观测”（WorldView-1/2）共5颗卫星。更糟糕的是，该市场约80%被美国政府控制，他们比其他购买者拥有优先权。当政府机构需要卫星时，提出要求即可。由于卫星数量不足和政府对卫星经营权的控制，订购地球某地方的图像可能要花上数天、数周、甚至数月。

来自硅谷的名为天空盒子成像公司（Skybox imaging，以下简称Skybox）的创业公司正在发展由24颗小微卫星组成的天空卫星（Skysat）星座。该星座将使卫星应用从静态图像的应用向基于时序图像的应用转变。其时序图像、视频产品和大数据应用等创新点与低成本结合让航天技术工程师和风投者心跳。Skybox公司是一家提供高时效性高分辨率图像、高保真影像和影像分析的企业。通过将互联网与高分辨率卫星星座结合在一起，Skybox创造了一个独特的数据来源，它是由时间分辨率较高的亚米级彩色影像和地球高清视频组成的，可反映目标每日的变化情况。

★ 天空卫星（Skysat）星座

Skysat是小型、廉价和高效的小微卫星。其质量约90～120kg，单星成本为5千万美元，而一颗传统的甚高分辨率卫星，如WorldView-2的成本约4亿美元。24星Skysat星座具备对目标每天8次的重访能力，即便是具备高敏捷性的传统高分辨率卫星星座，如法国昴宿星（Pleiades）双星星座也望尘莫及。

★ Skysat-1与WorldView-2的体积对比

Skybox公司的天空一号（Skysat-1）卫星于2013年11月21日利用俄罗斯“第聂伯”（Dnepr）运载火箭从亚斯内发射场成功发射，Skybox公司于12月11日对外公布了Skysat-1获取的首幅图像。2014年2月10日，美国劳拉空间系统(SSL)公司与Skybox公司签订合同，SSL公司将为Skybox公司建造13颗小卫星，每颗卫星的尺寸约为60cm×60cm×95cm，质量约120kg，计划于2015年和2016年发射。这些卫星的设计由Skybox公司完成。Skysat-1卫星在黑白成像模式的星下点空间分辨率为0.9m，彩色模式下分辨率为2m。而SSL将要制造的卫星，其彩色模式下的分辨率将提高到1m，并可录制每秒30帧、时间长度90秒的高清视频，幅宽为8km。这13颗卫星一经发射，Skybox公司将具备每天3次对地球任一地点的重访能力。伴随着2013年11月SkySat-1卫星的成功发射，Skybox公司证明了Skysat卫星性能好、卫星设计合理并且经济实惠。通过与SSL合作，该公司以大规模生产方式进一步节约了成本，同时使公司可以专注于下一代系统的设计研发，以更好地服务于客户。

★ Skysat-1卫星于2014年1月15日拍摄的中国深圳市大梅沙海滩

在卫星技术上，Skybox公司也进行了很多创新。Skysat-1是首个使用CMOS面阵传感器的1m级分辨率对地观测卫星。Skysat-1的有效载荷是里奇-克莱琴（R-C）反射式望远镜，反射镜由碳化硅材料制造，采用了低噪音、高帧速率的550万像素2维CMOS图像传感器。与线阵推扫成像方式不同，Skysat采用框架式推扫结构，获取多幅具有重叠部分的2维图像，星上进行图像校正，采用实时JPEG 2000图像压缩算法，然后利用合成时间延迟积分（TDI）技术在地面对图像进行处理，采用这种方法可以提高图像信噪比和分辨率，同时降低星上处理的技术困难。

★ 图像叠加成像示意图

Skybox公司不但采用了新的成像技术，在卫星应用上也做出了巨大创新。基于互联网平台的大数据应用是这一项目的核心，定期分析和数据流是Skysat星座应用的特点。Skybox公司提供基于网络的数据平台，允许用户建立自己的算法，发现适于自己的应用。例如，用户可以基于卫星图像将关注点放在矿山、工厂、港口和零售店等感兴趣的内容上，具体地说，用户可以通过矿区周围的井坑和矿渣规模图估算矿区的生产力；保险公司可利用卫星查看受损的房屋来核实索赔并标记潜在诈骗；零售商可以追踪停车场的车辆数量以预测商品零售量；用户可以发现中国三个发展最快的经济开发区道路上行驶的油罐车的数量；从某地区照明亮度的增长速度判断经济增长速度等等。

★ Skysat星座的应用设想图

每天许多对经济和环境产生重大影响的个人、企业或国家行为都通过各种方式记录在从太空拍摄的图片里，某些重要信息很难从静态图片中获得，但从时序图像中可以发现一个企业、产业或国家的经济健康状态。Skysat星座将获取比静态图像丰富得多的有用价值,挖掘到更多商机。Skybox公司的业务将比其他任何公司都广阔，商业遥感2.0时代即将到来。

从Skybox公司Skysat卫星的发展可以看出，在满足图像商业应用的前提下，尽可能采用小卫星平台、低成本的望远镜，利用最新的图像处理硬件和算法，不但可使未来数年内美国的高分辨率光学成像卫星数量翻2倍，还可使获取的图像数量大幅度增加，以此为数据源建立大数据应用平台的基础。其次，基于互联网允许客户二次开发利用，使卫星图像应用从静态应用向动态应用分析转变。这种数据分析和应用模式将带来前所未有的商机。我们在发展高分辨率卫星时，应该与时俱进，不但要继续发展传统的高敏捷卫星平台和大口径望远镜，缩短与美国的技术差距，还要重视新型CMOS探测器技术、地面数据处理和开发利用技术，使卫星应用跟上国际商业市场的发展节奏。