科罗娜

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2007年2月24日,日本在南部种子岛一个发射基地,用H-2A火箭再次发射了一枚间谍卫星。这是日本发射的第4枚间谍卫星。
此前日本已将“光学1号”“光学2号”及“雷达1号”间谍卫星发射升空。这次发射的是“雷达2号”间谍卫星。
光学卫星和雷达卫星间谍卫星主要分为光学卫星和雷达卫星两类,目前,日本把这两类间谍卫星同时投入使用。
光学卫星过去使用尖端胶片相机,拍摄地面目标,然后用专门的回收舱把拍摄好的胶片送回地面冲洗,从而获得地面目标的照片。显然,用胶片相机从拍摄到获得照片的时间很长,需要几天甚至几个月,时效性很差。同时由于携带的胶片数量有限,只能少量拍摄重点地面目标的照片。如今,光学卫星多使用特制的尖端数字相机,可以把拍摄的影像立即通过电波传回地面,时效性很好。同时不受携带胶片数量的限制,可大量拍摄地面目标的影像;虽然还受尖端数字相机寿命和电源的限制,但拍摄影像的数量仍比胶片相机卫星多出百倍甚至万倍以上。
雷达卫星向地面发射电波,然后根据反射波得到地面的雷达图像。在黑夜,可见光侦察无法进行;在恶劣天气下,不仅可见光侦察,甚至红外侦察也难以进行。这时雷达间谍卫星就成了惟一可用的手段。
雷达卫星获得的影像分辨率比光学卫星低得多,它可以看见很小的地面目标,但难以分辨清楚,所以主要用于军事上攻击的用途。雷达间谍卫星耗电量奇大,研制难度很大,成本也很高,世界上只有个别国家为攻击性军事用途,才大费周章地研制这种间谍卫星。
日本间谍卫星的能力日本的间谍卫星体系由2颗光学卫星与2颗雷达卫星共同组成。这样严密的间谍卫星体系,仅次于战争不断的美国。目前,在非战争时期,全世界只有日本耗资数十亿美元建立了这样大规模的间谍卫星体系,远远超过其他强国。
日本的光学间谍卫星搭载了高性能镜头和数码摄像机,地面最大分辨率大约1米,大约是美国一流间谍卫星分辨率的1/10。分辨率和看到目标是两个完全不同的概念,这样的日本间谍卫星足以看到广场上的单个士兵,以及马路上的分道线,看到长城更无问题。同时,这样的间谍卫星能够分辨地面上的目标是坦克、卡车还是轿车;也可以测量比较精密的地形图,用于巡航导弹导航。利用阳光形成的阴影,还可以确定目标建筑物的外形和坦克装甲车的高度。
据说日本发射的还有一颗最新的试验性光学间谍卫星,把地面分辨率提高到0.6米,这将有助于提高日本自身独立的攻击精度。
日本雷达间谍卫星在通过地球南北两极上空的、400~600公里的低轨道上运行,分辨率南北向1米,东西方向为3米。这样的间谍卫星有可能发现机场上携带强烈反射雷达波枪支的单个士兵,足以从几百公里外发现细细的电线,看到坦克和导弹更无问题。当然,它们分辨普通较复杂地面上的目标的能力要弱很多,如果想分辨地面上的目标是坦克、卡车还是轿车,可能需要操作者很高的技巧或强大的电脑影像处理软件。
日本间谍卫星能够提供目标区较精确的地面坐标,但精度恐怕不及美国卫星。同时它提供的地面坐标的精度,肯定比地面精确测量的低很多,所以日本将来还需要用地面精确测量,来修正和提高日本所拥有的外国地图的精度。
如果这次发射的“雷达2号”、也是该体系的最后一颗间谍卫星能够正常投入使用,它将和已发射成功的3颗间谍卫星组成日本计划中的4星体系,对地球上任何地点每天至少进行一次侦察。甚至在最恶劣的天气下,其雷达卫星的侦察也不会暂停。而在恶劣天气下,弹道导弹无法发射,也就是说,此时日本并没有遭受攻击的可能。显然,只有准备攻击一方,才需要这样高密度的间谍卫星能力。“多此一举”的目的日本强武扩军的借口总是邻国经济发展和朝鲜的军事威胁。其实,冷战结束后,日本的保护人——美国,军事力量是如此强大,客观地说,除了美国以外,目前没有任何国家有能力、有可能无端地主动攻占日本本土。在冷战时期,日本面临前苏联的军事威胁,但日本的态度却非常坦然。面对强手,日本甚至极不愿意加强军事自卫力量,翻一翻当时日本的报道和报表,可以看到无数这类的记录;日本的自卫队那时也一直维持在不足以自卫的规模上,这也很说明问题。当时,日本主流意见认为,日本加强军力也打不过苏联红军,只能引诱苏联红军加强攻击的强度,给日本窄小的领土造成更大的摧残。所以,即使面对实实在在的威胁,日本也不需要加强军力,不需要发展间谍卫星。
苏联解体,冷战结束,美国独霸世界,对日本的军事威胁彻底消除。然而日本不但没有大规模弱化防御力量,反而在军事上空前地强化和活跃起来。
十几年前,日本前所未有地准备独立空袭朝鲜导弹基地。然而由于没有朝鲜导弹基地的影像情报以及精确坐标,日本不得不放弃了首次军事冒险企图。此后,日本开始强行发展专用于攻击的间谍卫星。日本曾对国际社会反复保证,日本太空技术非军事化。如今日本早已背弃了这项承诺。
美国的间谍卫星及其电子侦察技术是全球最先进的。几十年来,美国一直向日本提供卫星及其电子侦察情报。包括朝鲜在内的任何国家如果有攻击日本的准备行动,美国一流的间谍卫星和电子侦察系统自然会立即发现,并在第一时间通知日本防备。所以日本根本不需要发展二流间谍卫星来防御本土。目前,日本在其间谍卫星发射成功后,仍主要依靠美国的间谍卫星获得高质量的情报。日本国内的批评者因此认为,日本独立发展间谍卫星体系多此一举,劳民伤财。
也就是说,日本只有背着美国自作主张,攻击朝鲜等邻国时,从美国获得目标影像情报以及精确坐标,才会遇到障碍。只有这时,日本才真正需要它独立的间谍卫星系统。
这次发射后,日本航天机构,并没有像往常发射民用卫星那样,在其主页上介绍卫星的大小、重量、外观以及星上设备等信息作为广告宣传。显然日本方面也很注意保守这颗军事间谍卫星的秘密。
日本建设大规模间谍卫星体系,并不断强化这一体系,使日本首次具备全球高密度卫星侦察能力。但近期日本的打击半径,仅扩大到东亚范围。所以朝鲜认为日本大规模发展间谍卫星体系对东亚稳定构成威胁。亚洲国家曾多次对日本发展大规模间谍卫星体系提出强烈批评。
此外,日本的举动,也促使韩国发展自己独立的间谍卫星体系,这对东亚稳定的影响不言而喻。

“科罗娜”是美国第一个空间摄影侦察卫星计划的代号。这个计划于1958年2月由艾森豪威尔总统签署,其目标是拍摄前苏联为首的社会主义国家的秘密设施和军事基地。科罗娜的第一次发射作为一个名为“发现者”的空间技术计划而被隐藏了起来。

你见过美元吗?如果有,不知你是否注意到,在1美元背面的金字塔上有一只眼睛,这就是著名的#34;上帝之眼#34;,也被叫做全视之眼或者是荷鲁斯之眼,代表着上帝监视人类的法眼。

使用情况

而在我们的现实生活中,也有人企图扮演#34;上帝#34;的角色,时刻监视着全人类的一举一动。虽然不如圣经中描绘的那么神奇,但是不夸张的说,在它背后的人也绝对拥有窥探全球的能力,这就是来自于天空之上、地球之外那无处不在的间谍卫星。

“科罗娜”的第一次测试发射是在1959年较早时候进行的,而第一次装配照像机的发射(科罗娜4号)于1959年6月进行。最初的13次任务并没有返回任何图片。第一次成功的任务是在1960年8月18日,这次一颗KH-1卫星用915米(3000英尺)长的胶片拍摄到了427万平方公里(165万平方英里)的前苏联国家领土。“科罗娜”拍摄的第一张照片显示出了一座北冰洋沿岸的前苏联空军基地。在轨道中运行的同时,“科罗娜”使用一部恒定旋转全景照相机系统进行拍摄,然后将曝光过的摄影胶片装入援救舱。在1959年~1972年间,一共执行了145次“科罗娜”任务。“科罗娜”的最后一批照片拍摄于1972年5月31日。

▲真实的#34;上帝之眼#34;, KH-12#34;偶像#34;间谍卫星

“科罗娜”系列总共使用640000米(共计210万磅)胶片拍摄了800000多张照片,这些照片保存在39000个存储罐中。

而缔造出这些#34;上帝之眼#34;的正是美国最为著名的两大情报机构美国中央情报局和美国国家侦查局,核心是利用遍布于地球近地轨道和同步轨道上的代号为KH#34;锁眼#34;的间谍卫星,其最高分辨率可以达到10-15厘米,这相当可以从太空之中测量你影子的精确尺寸,着实让人感到恐惧。那么这次我们就来深扒一下这个臭名昭著的#34;NRO#34;和它所掌控的#34;锁眼#34;光学侦查卫星网。

▲#34;泰坦#34;IIId型火箭,被用于发射早期的间谍卫星

起源:太空科技的产物

万事万物都有一个开始,间谍卫星这种高科技的侦查设备也有一个逐步发展的过程。自1958年1月31日美国发射第一课人造卫星#34;探险者-1#34;号开始,军用侦查卫星的概念就被美国情报部门提上了议事日程。就在次年,美国空军和CIA合作率先发射了一颗代号为#34;科罗娜#34;的小型人造卫星用于军事侦查用途,其地面分辨率仅为3-6米,属于第一代的普查型间谍卫星。

▲KH-1#34;日冕#34;军用间谍卫星

这颗卫星和#34;U-2#34;高空侦察机,以及#34;SR-71#34;黑鸟侦察机一起作为对前苏联军事情报侦查的主要手段,在冷战时代这些项目都被高度保密,以至于当时美国国内的民众甚至部分军方人士都完全不清楚#34;科罗娜#34;项目的存在。

▲KH-4间谍卫星的草图,标题上的CORONA正是#34;科罗娜#34;项目

而这个#34;科罗娜#34;项目正是KH#34;锁眼#34;间谍的前身,KH1-4型除了在光学分辨率上有所不同外,其基本设计都是基于#34;科罗娜#34;卫星研发的。而此时空军也单独搞了一个#34;萨默斯#34;计划,发射了萨默斯A/B两种侦查卫星
,不过由于其照片清晰度的问题,该计划在1962年KH-1#34;日冕#34;侦查卫星正式开始工作后,就被并入了NRO的计划之中。

▲空军的#34;萨默斯#34;B型间谍卫星草图,采用即时显影技术,但分辨率很差

可以说在人类使用人造卫星第一次探索太空的时候,世界上最强大的两个国家就首先将之用于军事目的,太空技术没有激发人类探索的梦想,反而是开辟了一个新的战场,这不得不说是一个悲剧。而锁眼侦查卫星还将继续成长,这个人造的#34;上帝之眼#34;在科技的推动下将变得更有权能。

▲由高空侦查飞机拍摄的前苏联军事基地

成长:NRO改进锁眼

其实#34;锁眼#34;侦查卫星在最早并非是军用侦查的唯一选项,例如使用U2或者黑鸟高空侦察机,或者是人员渗透,但是伴随美苏两国的冷战对峙进入白热化,铁幕落下后的渗透工作举步维艰。而此时更多的反侦察武器也被开发出来,这其中就包括萨姆2防空导弹,所以高空侦查也遇到的巨大的阻碍。

▲赫鲁晓夫残参观被击落的U-2高空侦察机残骸,美国方面不得不停止相关活动

随后的1960年5月第一架U2高空侦察机在苏联上空被击落,接下来在5月11日-16日,时任美国总统艾森豪威尔总统首次承认在苏联进行情报工作,同时表示停止相关工作。当然了,苏联的情报是不能真正中断的,既然无法进行有人高空侦查,那么无人高空侦查就成为了唯一选项,这就促成了#34;锁眼#34;侦查卫星的蜕变,NRO正式浮出水面。

▲卫星地图上显示的美国国家侦查局NRO总部

最早#34;锁眼#34;卫星都是由CIA负责的,但是中情局和整个社会面接触比较广,对于卫星侦查这种冷战时期过于敏感,甚至是可以触发#34;核神经#34;的项目,理应交由更隐秘的组织负责;而且CIA本身也不具备对侦查卫星维护和建造的相关经验,多部门合作更有暴露机密的危险。为此在1961年,美国国家侦查局成立,也就是我们前文所说的#34;NRO#34;,其保密程度之高,直到1973年10月,也就是12年后美国政府才正式承认。自此公众才知道,自己的头顶有这么一个#34;上帝之眼#34;的存在。闲话一句,在冷战时期除#34;锁眼#34;之外,还有大量隐秘任务都被隐藏在公众视野之外。

▲美国国家侦查局的部门徽标

随着NRO的成立,KH#34;锁眼#34;的编号被正式启用,军用侦查卫星也得到了真正的成长机会,因为此时KH已经成为了侦查苏联的军队部署、核武器研发、以及远程轰炸机和导弹情况的唯一方式。在获得大量的资金和科技资源后,#34;锁眼#34;军用侦查卫星主要有以下三个方面的#34;成长#34;:

▲NRO历次发射任务所使用的的徽章

1、运行时间

这里有必要提及以下,最早的#34;锁眼#34;侦查卫星,既KH-1到KH-3#34;日冕#34;系列都是完全的一次性的侦查卫星,在有限的天数后便成为废物。以现在最新型的锁眼一颗造价高达25亿美金来看,当年使用一次性侦查卫星可谓是疯狂之举,冷战就是这样不折不扣的烧钱游戏。

▲解密资料中KH#34;锁眼#34;卫星使用的巨大胶卷

不过纵使美国财大气粗,长期这么烧钱也有点扛不住了,NRO开始着手对KH卫星的运行时间进行升级。早期的KH卫星由于火箭载重量的问题,不可能设计的太复杂,只有一部长1.52米的太空相机和一个返回舱,当卫星进入预定轨道和位置后既开始拍摄,当胶卷耗尽后既被放入返回舱,在到达可回收窗口后返回舱分离进入大气层,然后使用人工方式回收,而此时这颗卫星就已经毫无利用价值了。

▲注意前方两个装置是胶卷和返回舱设备

但是从KH-4侦查卫星开始,相机的数量被增加为两部,相对应的也有两个返回式载具,其实这里有个疑问,为何不让两部相机的交卷放入同一个返回舱,既节省空间,成本也低。其实这主要是因为KH-4可以在一个地点拍摄后,进行长达20天的休眠,在执行第二个地点的拍摄任务,而第一个地点的胶圈则可以先期返回地面,供情报人员研判。就算多花一些成也是无所谓,两部返回舱可以更快的接受到情报信息,卫星都是一次性的,也不在乎一个返回舱的钱了。

▲KH卫星照片的返回舱被要求尽量从空中直接获得,以减少泄密风险

由于KH-4具备了多任务能力,于是在1962年之后发射的更为频繁,从1963年8月-1972年5月有记录的发射就有130多次,其中KH-4A/B型总共有69颗,其中9颗失败,回收有价值胶片102次。大量的极具价值的情报被美国情报机构获取,这些情报如果通过人员渗透等方式将付出更多的时间成本,而且行动一旦失败还需要负担国际政治风险,而#34;锁眼#34;卫星虽然价格昂贵,但是却没有任何的副作用,可以说是用过的都说好。

▲KH卫星所使用的高空侦查相机

以此为契机,KH-5#34;氩#34;、KH-6#34;绳索#34;、KH-7#34;策略#34;等改进型锁眼相继出炉。其中最新型的KH-7在1963年就研制完成,此时NRO接过锁眼刚2年,冷战时期的研发效率可以说真的太强了,现在的NASA用2年时间连一个登月车都造不好。不过KH-7#34;策略#34;和KH-8#34;策略2#34;依然有一个致命的问题,就是尽管相机数量多了,但是电池能量却有限,如果持续拍摄最多使用8天,上千万美元的卫星就用8天,多少还是有点心疼的。

▲洛克希德的KH-9组装车间,最大特征就是前部的4个回收装置

所以KH-9#34;大鸟#34;应运而生了,该型号通过增加相机和返回舱的数量,将使用时间延长到了极致。KH-7拥有惊人的4个相机和返回舱,紧密的排列在卫星的前端,特征非常醒目。而为了解决电池问题,KH-9还史无前例的使用了#34;太阳能电池板#34;供电,这在70年代初来说是绝对的#34;黑科技#34;,此时连《星球大战:新希望》都还未上映,可见当时的军用卫星技术甚至远超同时期的民用太空探索。而KH-9借助这一技术也全面超过了了之前任意型号的#34;锁眼#34;卫星,最长的一次足足运行了270天。

▲KH-9B高空侦查卫星草图,使用了太阳能电池板

当然你认为#34;锁眼#34;的技术成长就仅限于此了吗?那就大错特错了,还是在《星球大战》放映之前,1976年NRO正式开发出了KH-11#34;晶体#34;军用间谍卫星,这完全可以被描述为一款划时代的科技成就,因为此刻漂浮在我们头顶的间谍卫星中还有4枚就是KH-11,其中有一部分已经工作了20年以上,依然忠实的为美国情报机构扮演着#34;上帝之眼#34;的角色。

▲KH-9最大特征就是前部4个摄像机

之所以KH-11#34;晶体#34;能在空中一呆20多年,是因为和之前的#34;锁眼#34;不同,它不再使用相机和胶卷记录内容后通过返回舱发回地球,而是颠覆性的使用了超高频军用加密通讯传输方式,将内容直接发送到位于更高位置的地球同步卫星中,在由该卫星发往地面控制站。这个控制站有兴趣的朋友也可以自己查一下,就是著名的58区,位于弗州的瓦尔堡,现在的卫星地图上应该都能够找到。

▲58区中的圆形建筑负责接收通讯卫星发回的照片数据

通过这个革命性的改进,KH-11终于不再是一款单纯的一次性卫星了,只要在卫星的运行寿命内,KH-11都能不断发送情报。NRO差不多只用了14年的时间就彻底的改变了侦查卫星的一系列缺点,大大降低了使用成本,又提高了侦查效率,这也是为什么如今很多人抱怨NASA登陆火星动作太慢了,毕竟按照NRO在冷战时代的做法,火星的土豆可能早就收获了。当然,这也可以看出在冷战时期的#34;核阴影#34;之下,当一切资源被集中到军事领域后,被追着跑的科学家能够迸发出多么大的潜力。

▲拍摄照片是间谍卫星的主要侦查手段

2、拍摄分辨率

解决了能用多久的问题,那么自然就会关心看的是否清楚,毕竟军用间谍卫星唯一的侦查方式就是拍照,而且是从距离地球表面几万米的高空拍摄,分辨率问题就成为了体现情报价值的重要标准,如果不能从照片中分析出有价值的内容,那么这张花费几百万成本的照片就一无是处。

▲早期间谍卫星拍摄的五角大楼,分辨率比较一般

最初的KH-1到KH-4都是属于第一代普查型卫星,照片分辨率为6米级,后续提高到2-3米级,但是情报价值依然有限,只能对相关地区进行大致的判断,可解决#34;是否#34;和#34;有无#34;的问题,但是无法进一步提供拍摄对象的技术细节。

▲近距离观察KH#34;锁眼#34;间谍卫星

而后的KH5-KH6都是属于实验性质的型号,但此时的分辨率已经可以达到0.6米级,直到成熟的KH-7#34;策略#34;出现,它可以在大范围广角拍摄的情况下达到0.61米的分辨率,这是一个什么概念呢?此时你已经能从太空分辨地面上的军用坦克了,通过大致的轮廓对比,已经可以进行技术判断了。而此时是1963年,美国人已经掌握这种技术并用于军事实践,所以说美国人的军事领先并非嘴上说说,那是真正的可以做到一些同时代别人所做不到的事情。

▲KH-8拍摄到的#34;古巴导弹危机#34;时的照片

在其后的KH-8#34;策略2#34;卫星上,这个拍摄分辨率再一次升级为0.1米,虽然只是比0.6前进了一小步,但是这其中的战略意义却是非常巨大的,可以说是改变了军用间谍卫星侦查的历史意义也不为过。因为这个分辨下的照片,通过高倍观察仪器已经可以测量到建筑投影的尺寸了,这样对一个新建的发射场地,或者军用设施,就可以准确估计其建造进度和完工时间,也基本上就掌握了前苏联相关军事设施开发的进度。更为恐怖的是,通过连续拍摄的照片,还可以观察出影子不断变化的程度,加上从当时拍摄地点的经纬度以及太阳的相对位置,可以直接计算出投影物的长度、弹径、发动机喷口尺寸等等,进而可以直接估算出导弹的威力、射程等等。这种十分详尽的,具备战略价值的情报,通过渗透非常难获得,即便获得了也会由于反间谍的干扰,反而没有卫星图片得到的数据准确,毕竟#34;上帝之眼#34;在几万米的高空是很难被欺骗的。

▲正在研磨的是KH-11所使用的大型一级反射镜片

不过这还远远不是70年代科技的极限,最后实现超越的依然是KH-11#34;晶体#34;卫星。由于KH-11不再需要空间存放相机和返回舱,所以可以建造更大的圆柱结构用于放置超大尺寸的镜片,其第一级镜片直径已经达到了惊人的2.3米,后续改进型KH11甚至增大到了3米,比如#34;龙#34;、#34;水晶#34;等,其分辨率可以达到骇人听闻的15厘米。

▲特朗普发出的该卫星照片已经明显超出一般商业卫星的分辨率

在2019年的9月,美国总统特朗普曾经过在社交媒体上发布了一张卫星照片,展示了伊朗#34;霍梅尼太空发射中心#34;发射火箭失败的情况。根据很多航空爱好者分析,其照片早已超过了一般商业卫星的分辨率,达到了15厘米的军用侦查卫星级别,同时根据照片中的影子长度和角度判断出是代号USA-224号#34;锁眼#34;侦查卫星,这正是KH-11#34;晶体#34;所属的15颗卫星之一。

▲太空中的#34;哈勃#34;望远镜,其外观和HK-11高度相似,都是洛克希德公司所组装

虽然当前的商用卫星也可以达到0.3-0.4米的级别,而最新的#34;锁眼#34;甚至可以达到0.05米的分辨率,但是在1971年就能达到这样拍摄分辨率,也是值得载入史册的。顺嘴提一句,后来著名的#34;哈勃#34;望远镜就参考了KH-11的设计理念,所以他们的外观实际是差不多的,尤其是外侧的太阳能电池板几乎一模一样,而两者的功能其实也差不多,一个是探索宇宙,一个是探索他国的机密。不过就#34;哈勃#34;卫星的技术沿袭来说,也算是KH#34;锁眼#34;甚至是NRO做的为数不多的好事了。

▲#34;锁眼#34;的摄像机呈交叉放置,其拍摄距离和范围有一定关系

3、拍摄距离

在完成了对军用卫星分辨率和运行方式的改革后,NRO美国国家侦查局对#34;锁眼#34;卫星最后一个改进方向就是拍摄距离。按照一般的想法,为了能够拍摄出更清楚的画面,卫星似乎应该离地球上的拍摄位置越近越好,但实际上却没有简单。其实在最早的时候#34;科罗娜#34;卫星也是运行在500
-2000千米的近地轨道上,但随着世界航空技术的整体发展,发射小型卫星的成本也大幅降低,近地轨道卫星数量大量增加,目前近地轨道上估计有各个国家、公司和组织的卫星800-1000颗,此时在近地轨道上运行军用侦查卫星就显得不太合适了

▲#34;锁眼#34;间谍卫星面临群星环绕的局面

虽然卫星之间各有轨道,目前也只有2009年时俄罗斯和美国的卫星发生过相撞,但是对于需要绝对安全的#34;锁眼#34;来说则是完全不能接受的。就算没有撞击,如此复杂的轨道环境也对加密信息的安全提出了挑战,如果这种#34;意外#34;发生在战争或重大事件的关键时刻就完了,NRO不会接受侥幸这个字眼。

▲#34;锁眼#34;间谍卫星覆盖全球的轨道图

所以在KH-11卫星发射时,它的轨道就已经上升到#34;太阳同步轨道#34;,距离地面大约6000千米,是空间站运行高度的2倍以上,足以保证军用侦查卫星的绝对安全。至于高度增加带来的拍摄分辨率的问题,则可以通过增加镜片直径的方式慢慢克服,至少相比而言安全是第一优先级的,如果不安全,拍的再清晰也毫无价值。当然了,6000千米的高度并非全是缺点,在这个轨道上运行的卫星相对于太阳是处于静止的,这就保证了同一地点的每张照片上自然光源是固定不变的,我们上文曾经说过,通过计算影子高度可以解析出物体的具体尺寸,而光源固定不变后影子也是固定,这样计算出的尺寸就会更加准确,这让KH-11提供照片就更具有战略价值了。

▲#34;锁眼#34;KH-11在太阳同步轨道拍摄的前苏联某舰艇生产情况,此时光源固定

那么有的朋友可能会问,以后的#34;锁眼#34;卫星轨道高度是否还会持续增加呢?答案是肯定的,高度保密的KH-12#34;偶像#34;侦查卫星,在1990年首次发射的时候就已经被送入了#34;地球同步轨道#34;。该轨道距离地面36000千米左右,是KH-11轨道高度的6倍,此时卫星的最大优势是从外部看相对于地球是同步飞行的,而从地球上来看则是相对静止,一般在该轨道的通信卫星只需要2-3颗就可以覆盖整个地球。

▲地球同步轨道又称静止轨道,此时卫星和地球同步运行,从地面来看相对静止

而NRO之所以为KH-12#34;偶像#34;选择这个一般军用卫星很少用到的轨道,一是为了避开#34;太阳同步轨道#34;上的其他军用卫星,另一个方面是因为KH-12#34;偶像#34;在个轨道上只要将镜头对准地球,就可以24小时不间断的发送拍摄到的情报,据说这个型号的间谍卫星是用来在监控前苏联在《中导条约》中的耍赖行为。而此时间谍卫星和一个实时监控的摄像头基本就没有区别了,同时超强的机动能力让KH-12在战时也能够提供非常及时的侦查资料。

▲#34;锁眼#34;间谍卫星拍摄的某国秘密运送导弹的图片

所以在很多美国大片上,其实总统第一时间要找的并不是海军陆战队或者航母,而是KH#34;锁眼#34;间谍卫星,因为只有间谍卫星拍到的地方,美国人才能第一时间知道大致情况,至于后续的军事部署那都是基于这个情报的确认所展开的。

▲至今保密级别依旧很高的KH-12#34;偶像#34;

当下:偶像高处不胜寒

虽然KH-12#34;偶像#34;已经代表了目前间谍卫星的巅峰,但是也有很多难以掩盖的缺点,而这些缺点大多数也是因为其所在的轨道高度所造成的,可谓是#34;高处不胜寒#34;。

因为#34;地球同步轨道#34;上的航天器相对地球静止,所以地面上的大多数雷达和光学观察设备只要对准KH-12的大致位置,就很容易观察到#34;偶像#34;的存在。为此NRO在后续型号后也想尽了办法,包括在卫星前端安装反射雷达电磁波的防护罩;或者是将卫星表明材料替换为能吸收可见光99.9%的碳纳米材料,这样就可以避免被光学设备观察到。

▲隐身侦查卫星#34;迷雾#34;的设计草图

而该型号也成为了KH-12的一种改进型,既隐身侦查卫星#34;迷雾#34;,1990年#34;迷雾#34;通过航天飞机在STS-36任务中部署,而在美国航天飞机终止飞行后,该型号的卫星就没有再次发射过了。不过前期的KH12还是被不少天文爱好者抓包,目前大部分的关于KH12的资料都是通过这些天文望远镜拍摄的。

▲泰坦4A运载火箭弹体直径限制了侦查卫星的镜片直径

除此之外,由于36000千米的高度限制,实际KH-12拍摄分辨率要要低于KH-11,当然这在#34;锁眼#34;家族中也不是第一次了,毕竟整个KH卫星就是在拍摄精度上反复横跳,普查型卫星拍摄范围大,但是精度低,而详查型的拍摄虽然精度高,但是数据量太大发送困难,

而每个型号都会逐次交替的改进这些问题。但是自KH-11#34;晶体#34;确定了镜片感光耦合拍摄方式后,这个改进的潜力就不大了,因为镜片的直径就是卫星的直径,而卫星的直径又被火箭运载器的直径所限制,所以在卫星发射技术没有颠覆性的进步之前,不可能发射镜片直径更大的KH卫星了。尽管#34;偶像#34;采用了更新的数字成像技术,但是如果想要进一步达到KH-11的分辨率,只有在新一代的间谍卫星中才有望解决。

▲#34;薄膜型光学即时成像器#34;运行演示图

未来:依旧不存在的摩尔

其实相应的解决办法并没有让NRO等待太久,因为新的高空成像技术已经出现,这就是由美国国防部下属的高级研究计划局所开发的#34;薄膜型光学即时成像器#34;,也被称为#34;摩尔#34;Moier。

▲#34;摩尔#34;所使用的衍射薄膜镜片

由于该技术脑洞过大,其实字面解释上还是颇为困难,这种技术所使用的已经不是传统的磨制镜面,而是将光学薄膜作为一种镜片使用,这时候薄膜不直接反射光线,而是采用菲涅尔透镜的衍射光线,从而达到成像的目的。其实目前很多高端的VR头显就利用菲涅尔透镜远离,也算作军民合作的一种体现吧。

▲很多VR头显就采用了菲涅尔结构

当然为了在近乎平面的薄膜上形成#34;菲涅尔#34;透镜纹路也并不容易,需要先镀铬制作菲涅尔螺纹图案,然后在薄膜表面覆盖光敏涂料,然后将螺纹图案放在光敏涂料上曝光,在用离子束蚀刻器将螺纹永久地刻到膜中,这样就制作完成了一张厚度仅有烧烤铝箔纸一样的#34;菲涅尔#34;透镜了,当然实际情况比这里描述的要困难很多,这里只是为了让大家能够大致理解其原理。

▲一片已经蚀刻好的薄膜镜片

那么这个技术具体应用到#34;摩尔#34;上时,会制造出尺寸为20米的巨型光学薄膜镜面,其大小是#34;哈勃#34;望远镜镜片的7倍,#34;韦伯#34;望远镜镜片的3倍,而韦伯所使用的镜片已经花费了数十亿美元。当然20米的镜片肯定无法直接发射,不过由与其柔软可折叠,所以最终会被塞到普通KH-12大小的卫星中,进入同步轨道后在太空中进行展开,如果用过折叠反光板拍照的朋友,应该能够更加形象的理解这个过程。

▲ #34;韦伯#34;望远镜镜片已经是非常巨大了

▲图中分别是#34;哈勃#34;和#34;韦伯#34;望远镜镜片,以及#34;摩尔#34;镜片的对比

这种衍射成像技术将是未来很长一段时间内,最为先进太空侦查感知方式,如果在KH-12目前的地球同步轨道上,20米直径的镜头可以一次性拍摄地球40%的地表,而且是以实时直播的方式,这基本是一眼看穿地球了。还可以用1米级分辨率聚焦10X10千米的区域,这无异于就是在太空中安装了一个广角摄像头,可谓是名副其实的#34;上帝之眼#34;。而且在技术完善后,实际上制造一个薄膜的成本要远低于磨制一个高精度镜片。目前#34;摩尔#34;在完成5米级的薄膜测试后,一直处于秘密研发状态,相关情报很少公开曝光,但是相关人士表示6年后,新一代侦察卫星#34;摩尔#34;将正式开始运行。

▲新一代#34;摩尔#34;光学侦查卫星一次可以拍摄小半个地球

不过就和一开始的#34;锁眼#34;KH-1一样,或许这个#34;摩尔#34;又将成为美国口中一个不存在的东西,毕竟一个离我们36000千米的物体是很容易被否认的,除非等到某个天文爱好者再次拍到所谓的#34;上帝之眼#34;,真相才会被解开。

▲未来快速感知获得信息是一种重要的能力

总结

其实最后想和大家说几点正文中无法表达的内容,一是科技其实并不是爆炸的,多数我们目前看到的科学技术早在50-60年代就开始研发了,由于技术一定的滞后性,可能现在才能感受到这种变革;二是#34;锁眼#34;这个东西未来的影响其实太大了,如果你能实时看到世界上绝大多数隐秘的事情是什么概念,想想三体中的#34;质子#34;吧,虽然没有那么夸张,但是性质是相同。而且我们这里只是提到了光学侦查卫星,这只是庞大间谍卫星网中的一类,还有不少如#34;曲棍球#34;这样的雷达合成孔径侦查卫星,这些美国竟然已经搞了几十年了,真心可怕;三是未来是一个信息爆炸的时代,而信息也是一种#34;资源#34;,文中最后的#34;摩尔#34;将垄断或改变这种资源的获取方式,所以我们在信息感知方面是否也应该大踏步的前进呢?毕竟资源被独占后总是没有好结果的。

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