核心提示：因为那些老化的卫星设备的更新速度非常缓慢，所以美国科学家对全球气候、自然灾害和陆地表面变化的观测能力正在逐渐减弱；美国国家研究委员会认为到2020年，美国的地球观测能力可能只有现在的25%。

美国国家研究委员会（NRC）近日发布的一项题为《地球科学与太空技术应用：国家在未来十年及以后的紧迫任务》的报告。报告指出，美国科学家对全球的气候、自然灾害和陆地表面变化的观测能力正在逐渐减弱。原因之一是那些老化的卫星设备的更新速度非常缓慢。据该报告推断，到2020年，美国的地球观测能力可能只有现在的25%。

负责起草报告的科学家认为，对于利用卫星监测地球，最重要的就是在旧卫星报废之前发射新卫星取而代之。如果没有新老交替的重叠期，就很难汇集到能够揭示发展趋势、足够精确、有意义的长期记录。

报告建议说，政府应从现在起一直到２０２０年，每年花费约７５亿美元用于购置新设备和开展卫星上的科研项目。

美国一些知名科学家对这份报告表示赞赏。他们指出，联邦预算缩减是造成地球监测工作受到威胁的原因之一。此外，美国航天局在工作排序方面将探测地球置于次要位置也是一个重要原因。

据《科学》杂志在线报道称，NRC在2007年完成了一项为期10年的针对美国宇航局（NASA）地面观测卫星任务的调查报告，并成立了一个专家组对报告进行复核。报告称，这一观测项目正面临着威胁。据专家组表示，NASA曾试图重点支持报告中提到的优先项目，但是整个观测网络仍然由于一些长期任务的终结和新任务的推迟或取消等变故而蒙受损失。

报告还指出，NASA在保持技术前沿方面获得了一些伟大的成就。比如2008年启动的海洋表面地形测量任务，通过测量海洋表面高度以帮助了解海洋环流、气候变化和海平面上升的情况。2011年6月NASA还启动了“水瓶座”任务，建立了第一份有关全球海洋盐分的每月评估图。此外，2011年10月NASA开始的“国家极地轨道运行环境卫星系统筹备项目”则着重于改善短期天气预报，填补数据空白，目前，美国国家海洋与大气管理局（NOAA）正计划在2016年启动联合极地卫星系统计划以取代该项目。

“NASA总部在艰难的处境下，仍然出色地完成了任务。”美国马里兰大学地球系统科学跨学科研究中心主任、参与该调查报告的NRC专家组成员、海洋学家Antonio Busalacchi表示，“但考虑到一些情有可原的因素，到2020年，这个看法可能发生改变。”

其中最大的一项因素是资金的缺乏。该报告曾预计美国政府的地球科研预算将恢复到2002年的每年20亿美元的资助水平，但实际上，自从2007年后，该预算从未超过15亿美元。这样的财政状况使一些曾获推荐的项目无法得到执行。而且由于卫星的丢失、发射失败以及缺少中级卫星发射运载工具，整个研究网络也被削弱。美国目前仅有的一种中级卫星发射运载工具——“金牛座”运载火箭，就在过去的四次发射中失败了三次，其中包括2009年的“轨道碳观测者”卫星和2011年的“荣誉”号卫星的发射。

此外，“任务蠕变”——即在项目进行过程中由于科研需求的不断增大所导致的成本上升——也导致了损失的产生。为了降低项目成本，委员会建议将项目成本最高额度加入考虑范围内，同时，将各个项目打包进行整体考虑，而非单独考虑每个项目的成本收益。Busalacchi认为：“这样一来，单个项目的科研潜力可能有所削减，但是整体带来的好处将更大。”

报告还认为，由NOAA负责的若干环境监测卫星项目原本将使NASA的整个研究系统得到补充完善，但由于NOAA面临着自身的预算削减，这些项目并未得到落实。

Busalacchi指出，委员会并不是在指责NOAA，而是希望该报告能让人注意到美国迫切需要一个国家层面上的地球观测研究战略。他补充道，发展这样一个战略的责任“超过了NASA和NOAA，已上升到白宫科技政策办公室的高度。我们所执行的路线是清晰的，但却无法保持在一定水平上”。

美国照相侦察能力依然领先世界

不过，美国在照相侦察卫星方面的成果，仍然遥遥领先于世界各国。

DigitalGlobe、GeoEye这样的商业照相卫星公司每年都能获得美国国防部几十亿美元的的资助，作为回报自然是这些公司的卫星数据将在第一时间交给五角大楼作为军事侦察卫星的补充，而且规定美国本国的敏感区域的高清晰度照片在规定的时限内不允许对外发售。

图为最新的GeoEye-1卫星结构图，其0.4米的分辨率，美国军方1966年7月发射的KH－8型照相侦察卫星就已达到，而至今俄罗斯、法国的军用侦察卫星分辨率才刚刚达到1米级别。

GeoEye公司目前拥有的三颗卫星OrbView-2和3，以及IKONOS，其卫星照片分辨率可达1米，2008年8月22日新的一颗GeoEye-1卫星发射升空，GeoEye -1卫星重约1955千克，运行轨道距离地球684千米。

它的分辨率达到惊人的0.4米，超越原先的民用卫星分辨率记录——DigialGlobe公司的快鸟(QuickBird)的0.6米。

不过其距离美国军方最强大、重达17吨、轨道可低至250千米的超重型军用侦察卫星KH-12的0.1米还有一定距离。而且，美国军用卫星分辨率早在60年代末就达到了0.4米的水准。

2001年10月18日美国数字全球（Digitalglobe）公司成功发射了商用高分辨率卫星快鸟（Quickbird），地面分辨率达0.6米，是当时世界上空间分辨率最高的商用卫星。由于其质量可与航片媲美，且成本低，精度高，更新周期短，使卫星遥感影像逐渐成为制作城市大比例尺地图的主角。

上图为2007年9月发射的快鸟的改进型号WorldView-1，分辨率提高到0.5米。

快鸟（Quickbird）卫星的拍摄范围示意图，0.6米分辨率高精度拍摄时视野宽度只有16.5千米(GoogleEarth里的城市高清晰图片就是这样获取的)，粗精度、广范围拍摄时视野可达456千米，但这时的分辨率只有30米(GoogleEarth里的自然地域粗精度图片就是这样获取的)。

GeoEye-1卫星每天40次通过无线电波向美国阿拉斯加州、维吉尼亚、挪威和南极洲的4个地面站下传加密的图像数据。

资料图:卫星拍到的朝鲜空军基地。由于获取军用侦察卫星的照相成果的重重限制，自身民用遥感卫星的分辨率又非常低（约50米），和世界上的其他国家一样，中国国土资源部门是Quickbird卫星的重要用户，各地每年都大量购买Quickbird卫片以供国土资源工作之用。Quickbird卫片的价格大约是每平方公里30美元，如果只是单纯好奇看看的话，使用Quickbird卫片制作的谷歌地球(GoogleEarth)免费软件就能满足大众的需求。

由于中国国土资源部门和DigitalGlobe有长期的紧密合作关系，在四川汶川大地震后，DigitalGlobe公司就及时免费提供了快鸟（Quickbird）卫星的震区照片，以供救灾所用。这是拍摄到的紫坪铺水坝。

卫星的轨道示意图，每天2-3次经过中国上空。不过，几颗民用卫星就能提供“不间断的卫星图”纯属夸张，由于照相卫星视野有限（拍摄高精度图像时的典型视野宽度是10-20公里），单颗卫星对同一地点的重访时间一般要3天之后。但几十颗军用卫星星座就能基本满足提供“不间断的”卫星侦察需求，目前拥有这一实力的，只有美国。 

美国主要军事卫星系统简介：

先进极高频卫星通信系统通称：AEHF 它是“军事星”的替代者，用于全球范围的的战略与战术指挥与控制通信，容量是军事星-2的5倍，但体积更小。 功能：EHF通信 运营者：军事卫星司令部 JPO；空军太空司令部 首次发射：计划2006年12月 星座：3-5颗 轨道高度：22，300英里 承包商：洛克希德马丁、诺格公司 动力装置：N/A 尺寸：N/A

先进极地系统通称：APS 下一带极地通信系统，为北部极地的飞机、潜艇和部队提供所需的部分极地通信能力。 功能：EHF通信 运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部 首次发射：大约2010年 星座：2 轨道高度：22，300英里 其他不详

先进宽带系统 又称：AWS 替代国防卫星通信系统和宽带填隙系统。目前的概念类似商用卫星，采用大容量的SHF，INTERNET协议，激光交叉链接，为飞机和地面移动部队提供大功率的战术通信。 功能：宽带通信 运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部 首次发射：计划2009年 星座：3-6颗 轨道高度：23，300英里国防气象卫星计划又称：DMSP 卫星收集空中、地面、海上、和太空环境数据以支援全球战略和战术军事行动。运行控制权1998年移交给NOAA。功能：环境监测星座：2 轨道高度：575英里

国防卫星通信系统-3 又称：DSCS 抗核打击、抗干扰，为战场指挥官提供紧急指挥与通信传输。功能；甚高频 通信运行者：空军太空司令部首次发射：1982年10月星座：5 在轨：13 轨道高度：22，000英里

国防支援计划（卫星系统）又称：DSP 用于战略和战术导弹的探测运行者：空军太空司令部首次发射：1970年11月星座：保密在轨：保密轨道高度：22，000英里

全球广播系统又称：GBS 宽带通信系统，最初利用租借的商用卫星，后用军事系统为战场提供数字多媒体数据通信。功能：高带宽的数据图象和视频通信运行者：海军首次发射：1998年3月（第二阶段有效载荷搭载在UFO星上）星座：3 在轨：3 轨道高度：23，230英里

全球定位系统又称：GPS 卫星军民两用，能在任何时间对地球任何位置进行精确定位。BLOCK-2于1997年中期取代旧的定位卫星，第一颗BLOCK2R-M两频道军用星在2004年发射。下一代第三频道BLOCK2F星在2006年发射，设计寿命延长，有更快的处理器和新的民用信号。GPS3后一代星初步计划在2012年发射，具有先进的抗干扰和高质量数据性能。功能：全球导航运行者：空军太空司令部首次发射：1978年2月22日（BLOCK1）星座：28 轨道高度：12，600英里

军事星卫星通信系统又称：MILSTAR 联合通信卫星为战时提供保密、抗干扰通信功能：EHF通信运行者：空军太空司令部首次发射；1994年2月7日星座：5 在轨：5 轨道高度：22，300英里

移动用户目标系统（又名先进窄带系统）通称：MUOS 下一代窄带UHF战术通信卫星用来替代UHF后续卫星。初始发射计划于2007年。功能：UHF战术通信首次发射：计划2009年运行者：海军星座：4加备份在轨：无轨道高度：22，300英里

极地军事卫星通信（系统）（又称过渡极地和附属极地）美国空军在一颗主极地轨道卫星上部署了一个改进型海军EHF有效载荷为部队提供过渡的极地通信能力。极地2号和3号型计划2004年和2006年相继发射。功能：EHF极地通信运行者：海军首次发射：1997年星座：3 在轨：1 轨道高度：25，300英里（极点）

天基红外系统-高轨通称：SBIRS HIGH 用于导弹预警、导弹防御、战场描述和战术情报的一种先进监视系统。该系统初始将用来补充国防支援计划卫星，并最终取代。功能：红外太空监视运行者：AFSPC 首次发射：计划2007年星座：4颗GEO星，一颗备份，在高椭圆轨道上有两个传感器。在轨：无。

天基雷达通称：SBR 用于在太空跟踪战场移动目标。运行者：SMC/NRO（开发与采购）；AFSPC 首次发射：2012年星座：待定承包商：洛马和诺格公司

空间跟踪和监视系统（旧称SBIRS-LOW）通称：STSS 海外监视和跟踪卫星。用于跟踪弹道导弹的发射和着陆。该系统是多层弹道导弹防御系统的传感器部分，与SBIRS-HIGH系统共同组成。功能：红外监视首次发射：计划2007年进行研究与开发。运行者：导弹防御局；空军太空司令部星座：2 承包商：诺格公司

转型卫星通信系统通称：TSAT 联合通信卫星旨在为战场提供战术级的类似INTERNET的链接。激光交叉链路向地面用户的传输时间大大缩短。计划于2012年发射，用来替代先进极高频系统。目前处于设计和风险论证阶段。功能：EHF通信运行者：MILSATCOM JPO；空军太空司令部首次发射：2012年星座：5 在轨：无轨道高度：22，300英里

特高频后续卫星通称；UFO 能提供保密、抗干扰通信的新一代卫星。替代FLTSATCOM卫星。功能：UHF和EHF通信运行者：海军首次发射：1993年3月25日星座：4颗主星座，4颗多余星座在轨：9 轨道高度：22，300英里承包商：波音

宽带填隙系统通称：WGS 高速率卫星广播系统，（主要为商业产品）。用来填补现有系统——DSCS和GBS——和AWS之间的空隙。功能：宽带通信和点对点服务（KA、KU、X频段）运行者：AFSPC 首次发射：计划2006年星座：3-5 轨道高度：GEO 承包商：波音

说明：最近，美国国家侦察办公室披露其正在开发一种新的卫星系统，ORCA，即光中继通信结构。这是下一代激光和射频通信卫星，通信能力至少是现有系统的10倍。包括发射时间等细节尚属保密，但国防部和国家侦察办公室将ORCA列入转型通信结构（TSAT）计划中，作为TSAT和其他下一代系统的补充。