照相侦察技术：太空“千里眼”
照相侦察卫星是利用光电遥感器摄取地面图像的侦察卫星，号称天兵天将中的“千里眼”。卫星把目标区的图像信息记录在胶片或磁记录器上，通过回收送回地面或用无线电传输方式实时或延时送回地面，经加工处理后，判读和识别出军事目标并确定它的地理位置。
照相侦察卫星按信息传送到地面的方式不同，可分为返回型和传输型两类。返回型卫星的侦察信息存储于胶片或磁记录带等载体内，卫星侦察任务完毕后，存放信息载体的返回舱返回地面。传输型卫星则不设返回舱，侦察信息用实时或延时无线电传输方法传到地面站。按用途不同，照相侦察卫星一般又分为普查型和详查型两种。普查型卫星地面分辨率一般优于3～5米，图片的覆盖面积大，一幅可达几千到一两万平方千米。详查型卫星地面分辨率优于2米，对重点区覆盖，一幅图像可覆盖几十到几百平方千米。
照相侦察卫星主要有以下几个特点：一是轨道均取近圆低轨道。一般近地点在300千米以下，有的详查卫星为了提高图片的分辨率，在拍照时把轨道高度降低到150千米以下。为了重复监视特定地区，有的卫星采用太阳同步回归轨道。二是姿态控制要求高。在轨道上对地摄影，由于距离很远，因此要求高精度的姿态控制和稳定控制，否则会使图像模糊。一般在摄影时姿态控制的精度为0.1度左右，稳定精度要求0.001度/秒。三是地面分辨率高。军事上需要所有的照相侦察卫星均能得到高分辨率的地面图像。照相侦察卫星发展的初期，限于技术水平，地面分辨率不高，约为十几米，现役的照相侦察卫星地面分辨率均优于5米，有的达到0.3米，侦察照片的清晰度可与航空侦察照片相媲美。无论是陆地还是海上的重要军事目标，都逃不过照相侦察卫星的“眼睛”，就连地面上的火炮、坦克、车辆甚至单兵携带的武器都可被它分辨得一清二楚。四是信息传送难度大。把卫星上获取到的信息传送到地面的技术，限制着照相侦察卫星的发展。返回技术是返回式照相侦察卫星用来传送信息的高难度的技术。无线电传输技术的难度在于信息的码速率高，一般为几百兆比特/秒，而卫星传输的信息又主要是国外信息，因此，除使用数据压缩技术外，一般还要采用数据中继卫星系统中转或高密度数据存储和重放技术。
照相侦察卫星所用的侦察设备主要有：（1）可见光照相机。采用几何光学成像。为获得清晰图像，需要相移补偿和快门曝光控制。常用的有长焦距全景扫描式或画幅式相机和测绘相机。（2）扫描仪。扫描仪在垂直于卫星运行方向上横向扫描，可获得宽度为扫描宽度的轨道下的图像。有可见光全景扫描相机，多谱段扫描仪和微波扫描仪。（3）电视摄像机。一般是光学成像于电荷耦合器件面上的摄像机。（4）多谱段照相机。由几个不同谱段的照相机或摄像机组合成的侦察设备。（5）侧视雷达。属微波成像设备，一般采用合成孔径雷达。
20世纪60年代初，美国首先发射了具有明显军事目的的照相侦察卫星，迄今为止，美国照相侦察卫星已经发展了六代。“发现者”号是第一代回收型照相侦察卫星。1962年美国开始KH系列卫星计划：KH-1～4为第一代，KH-5、6为第二代，KH-7、8为第三代，KH-9（俗称“大鸟”）为第四代，KH-11为第五代，KH-12为第六代。KH-1～4都使用差别不大的全景式相机或画幅式相机，KH-7是第一批真正的详查型卫星，KH-9既能普查，又能详查，兼有回收型和传输型两种工作方式，代表了美国光学照相侦察卫星向综合型侦察卫星发展的趋势。KH-11卫星采用了数字成像和实时图像传输技术，使美国获得了卫星实时侦察能力。
目前美国正在使用的是第六代KH-12光学成像侦察卫星和“长曲棍球”雷达成像侦察卫星。KH-12光学成像侦察卫星，载有更先进的遥感设备，大大提高了红外侦察能力。其主要特点是：采用大型电荷耦合器件和“凝视”成像技术，使卫星在取得高几何分辨率能力的同时还有多光谱成像能力，其先进的红外相机可提供更优秀的夜间侦察能力；采用镜面曲率可由计算机控制技术，从而有效地补偿了大气影响造成的观测图像畸变，使分辨率达到0.1米。“长曲棍球”雷达成像侦察卫星，是一颗新型的全天候、全天时的雷达成像侦察卫星。星载合成孔径雷达可穿透云雾、沙漠和白雪。图像分辨率达0.3～1米，可探测到隐藏在树丛中的机动导弹系统。除西伯利亚的某些高纬度地区以外，该卫星可覆盖俄罗斯及东欧80%的领土。
海湾战争中，美国用于侦察监视和搜集情报的照相侦察卫星大约为6～7颗，其中包括具有近实时侦察能力的2～3颗KH-11和2～3颗改进型KH-11数字图像传输型卫星，1颗能透过云层摄制图像的“长曲棍球”雷达成像卫星。战争期间，坐落在阿纳卡斯蒂业河畔的美国国家照片判读中心车水马龙，那里的工作人员每天都要工作18个小时。即使这样，仍有大量图像资料不能及时处理。美军事专家说，这些卫星提供的情报超过以往任何战场上指挥员获得的情报。多国部队的战斗机、轰炸机、巡航导弹利用这些情报数据飞向袭击目标，也难怪伊拉克的机密军事基地都遭到了打击。
然而，这两种卫星也具有明显的缺陷，如照相幅宽过小，如KH-12，仅为4千米×4千米，重访周期太长，信息时效性不高，及卫星重量、造价过高，无法应急发射，战场指挥员不能对卫星系统进行必要的控制，其直接为战术行动服务的能力非常有限。为解决这些问题，美国正加紧发展新一代的成像侦察卫星系统，其中最具代表性的是“发现者Ⅱ”系统和“未来成像体系”系统。
“发现者Ⅱ”系统原称“监视、瞄准、侦察”系统，是一个用雷达成像小卫星进行战术侦察的星座系统。“发现者Ⅱ”系统由24颗低轨道（约770千米）卫星组成，轨道倾角53°，卫星重访时间为15分钟。该系统的优点有：（1）可全天候、全天时地侦察地面活动目标。星上装备的合成孔径雷达具有很高的成像能力和数字化地形测绘高程数据生成能力，它可以用三种方式工作：条幅式，用于目标探测，每小时扫描面积70万平方千米，雷达图像的分辨率为3米；扫描式，用于目标分类，每小时扫描面积10万平方千米，雷达图像分辨率为1米；点式，用于目标识别，每小时可以提供160幅4千米×4千米的图像，分辨率为0.3米。（2）可受作战指挥员“指挥”，战场指挥员可直接向卫星发送指令，以拍摄特定地区的目标图像，在15分钟内就能获得所需要的图像信息。（3）能为机载或其他天基传感器提供侦察线索，同时，“发现者Ⅱ”系统也能接收机载或其他天基传感器提供的线索，以实施对活动目标的侦察或对静止目标进行高分辨率成像。（4）可探测地下设施。通过综合分析合成孔径雷达图像和精确的地形测绘数据，就可识别新的土山，从而发现隧道工程。（5）能搜集电子与通信情报。分析活动目标指示器（GMTI）提供的有关车辆通行与部队调动的数据，还能了解相关的军事活动。
“未来成像体系”（RA）将由体积小、重量轻、功能强、数量多的较小型照相侦察卫星组成星座，并采用许多当今的高新技术，从而使卫星造价降低一半，而性能提高一倍。由于RA星座将由多颗卫星组成，因而能大大提高卫星对地面给定目标的重访频率，一般可每天重访两次或更多次。