中科院潘习哲研究员：航天遥感改变我们的生活

中科院潘习哲研究员：航天遥感改变我们的生活

编者按：2016年3月，由东莞市科学技术协会主办，东莞科技进修学院和东莞市工程师协会承办，以“航天遥感改变我们的生活”为主题的科普报告会在东莞市松山湖中心小学隆重举行，中国科学院教授、中国遥感卫星地面站研究员潘习哲担任主讲嘉宾，此次报告会也是东莞市第七届中科院老科学家科普报告希望行系列活动之一。他给大家带来题为《航天遥感改变我们的生活》的科普报告，给大家介绍了什么是航天遥感、它是怎么回事、它在生活和技术方面有哪些应用等，为民众了解航天遥感进行了科普。

潘习哲研究员

专家简介：潘习哲，男，1940年出生，中国科学院中国遥感卫星地面站研究员，国家减灾委减灾卫星办公室专家组组长，中国遥感应用协会副理事长，科技部国家遥感中心战略专家组成员。2004年至今，任中国遥感应用协会副理事长，中国空间科学学会理事，国家遥感中心发展战略专家组成员。曾荣获中科院科技成果奖一、二、三等奖，国家科技进步奖二、三等奖，对我国科学事业发展做出了卓越贡献，获国务院颁发的政府特殊津贴。

一、卫星根据用途分为三大类

人类发射到太空中的卫星大概六千多颗，到现在为止能用的只有一千多颗，剩下的五千多颗都变成了太空垃圾，这六千多颗卫星主要分为三大类。

第一大类是通讯、导航定位类。这一类卫星主要用于转发手机信号、无线电信号以及进行导航定位等。但是这个导航定位卫星它并不是一个导航，它只是不停地发送无线信号，指明具体路径，通过发送信号的时间和接收信号的时间算下来。由于卫星发送和接收无线信号的速度就是光速，每秒钟30万公里，因此只要一发信号，就可以接到信号然后测算距离。这样通过一颗、两颗、三颗甚至更多卫星，汽车的位置和距离就可以清楚地被测算出来。例如从松山湖小学去北京应该怎样走？通过卫星指挥可能走哪条高速公路？

第二大类卫星就是遥感类卫星。例如气象卫星、侦查卫星等，大部分卫星都是这一类。其共同特点是对地形观察。它们可以试探地球，也可以试探月球，也可以试探火星等。

第三大类是科学类。例如科学卫星，宇宙、天文，或者是很多科学实验，将来发射的卫星都离不开这类，比如说航天卫星。

以下将重点讲述第二大类，遥感类卫星，它是在三大类里面数量最多的，也和大家的生活联系最紧密。

二、遥感卫星技术的广泛应用

首先探讨什么是遥感？远距离的探测和感知就是遥感。具体感知什么呢？感知反射的电磁波或发射的电磁波，那什么是电磁波呢？大家看到的太阳光就是电磁波。

在遥感应用方面，包括远距离探测电磁波的变化。除了特大号的数码相机，遥感还用了几个技术：第一是远红外光的技术，第二是高光谱分辨率技术，第三是激光雷达的测距技术，第四是合成孔径雷达技术，第五是地面系统技术。

远红外技术，是类似于响尾蛇感应原理，蛇的口不是鼻子，是热感应器。科学家发现并研究响尾蛇的生物学原理，模拟此项技术。科学家发现温度热量的变化是一种远红外的变化，后来研究了一种材料，这种材料是锡和铅的合金，这就用来照相感应等。这个技术在卫星上怎么应用呢？如：大森林着火这一实例的应用，红外技术可以感应到着火，也可以感应到氧气少了，没有火了。

高光谱分辨率技术更神秘。如北京的体育场，有四个练习场。根据高光谱分辨率技术，可以通过颜色区分不同区域，黄的是草坪，蓝的是塑胶、假草坪，它可以分得很清楚，哪个是草坪，哪个不是草坪。

人民币制造也应用了高光谱分辨技术。仔细观察20块钱人民币，在日光灯和太阳光下看，以光线直接照射，不管灯光多强、日光多强，有些东西还是看不见。如果用紫外光照射，20元人民币里面可以看到有一个物体特别亮。这就是不同材料对不同波长的光反射不一样，人民币制造主要就是利用了这个技术。

例如彩虹是太阳辐射的光里，人们眼睛能看到的东西。彩虹的赤橙黄绿青蓝紫，是由于太阳辐射光里面有长波无线电、无线电波、微波、红外光、紫外光、X光、Y射线。青蓝紫光在其中所占比例很小，感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞能看到的也只占很小一部分。因此大家眼睛看不到的世界远比看得到的世界广而大。人们肉眼看不到的世界，可以借助遥感卫星，借助技术从可见光拓展到红外光、雷达。

高光谱分辨率技术还可以广泛运用于军事探测领域。它可以探测浅水区潜艇与水雷；可以区分真假导弹发射架的油漆；可以区分“木质诱饵”与实体；还可以进行水下等多种场景的勘探，山洞探测核武器、化学武器的具体隐蔽位置等等。

遥感应用的第四个技术是合成孔径雷达技术。例如远红外光可以探测火灾，高分辨率可以区分不同的材料，激光雷达可以测量高度，这些都是光学遥感。但是光学遥感在高空云层就失去效应了，无法观察到云层下面的变化，这时候就需要借助雷达技术。雷达技术的难度系数相对于远红外光技术和高光谱分辨率技术要大很多。雷达在接收到数据后，需经过大数据的技术处理，才能转化为肉眼可以观测到的影像。目前高分1号、2号、4号雷达卫星都已经发射，但是高分3号雷达卫星却没有相关报道。高分4号先发射了，高分3号还没有发射，为什么会延迟发射，主要原因是因为高分3号雷达天线技术难度系数很高。中国当时的研发水平还没达到这个发射要求，但是经过几年来航天专家带领团队攻克技术难题及关键技术，中国航天技术获得突破性进展，高分3号的天线不久将会由中国航天专家团队完成设计，实现高分3号的发射。

遥感技术能在物品种类区分上有广泛应用。通过卫星技术，科学家可以把某块菜地里的蔬菜品种进行清楚分辨，也可以从遥感图像上分出不同种类的东西，比如说哪些是粮食，哪些是小麦，哪些是稻谷等。

遥感技术同样应用于环境保护。例如太湖，通过遥感技术影像图发现，1985年以前太湖水是特别清的，那时太湖周边的植物长势好。太湖北边是江苏省，南边是浙江省，庄稼长得特别好。但是过了15年，碧波万里的太湖变得黑糊糊，到了2007年蓝藻大爆发，鱼类都濒临死亡，受害最广的是无锡，其水资源受到严重污染。为了整治污水，政府投资500亿、关闭了140多家企业，但问题仍然没有得到根治，蓝藻还是存在间断性复发风险。另外，由于太湖的出水口相对狭小，全部水量换一遍要60年，污染一旦形成，治理起来就非常困难。所以大家不管从事什么工作，环境保护都特别重要。

飞行遥感在农业、林业、水、土、工、环、灾、军、气、海都特别有用，发挥了重要作用，可以说，航天遥感改变了我们的生活。

遥感技术同样广泛应用于军事领域，航天遥感与现代通讯是现代战争的基石。在现代战争中，部队作战可以利用遥感技术进行精准定位以侦察地形和攻击目标。福建省北侧的军用机场离钓鱼岛比较近，是中国的重要战略军事要地，部队布置无人机在这里驻守阵地。无人机侦查是现代战争的重要技术手段，使用假目标迷惑敌人也是一个重要策略手段。但是如果这些无人机里，有用木头做的材料或是其他材料，遥感技术可以进行有效区分。但是如果你做的材料、油漆都和真无人机一致，机内是否有装东西是无法知道的。

最后探讨用遥感技术进行精准打击。如在100、200公里的距离靠雷达接触目标，到几十公里用激光雷达，那在100公里以内应用什么技术？就用航天遥感精确定位。飞到100公里左右就用这个手段，通过精确分析多个因素，符合目标条件就可以打。如美国打了两次伊拉克，第一次是在1994年的老布什时代，9年后的2003年，他儿子小布什又打了一次，这一次美国兵的影子都没找到，但美国用了19000枚导弹，精确制导武器占98%。作为一个国家，伊拉克战败了，这就是现代信息化时代的精准打击，可见空天袭击具有战略上的致命性。2007年，我国用自己研发制造的导弹把国家已报废的卫星打掉。当时这颗卫星在800公里外的太空，时速2600公里，如此高的速度，精准打掉报废卫星，目前世界上只有美国、俄罗斯、中国能实现这项技术。正是因为有了航空航天遥感技术在军事上的应用，才极大地提升了我国的军事实力。

（编辑：刘启强 罗丽冰）