地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

50多年來一直從太空記錄地面變化的地球觀測衛星計劃“

陸地衛星

”系列的最新衛星即將發射。2021年9月23日(北京時間9月24日凌晨),NASA和NOAA共同的最新衛星“

陸地衛星9號

”正在加利福尼亞州的范登堡航天基地等待發射。

陸地衛星9號

是1972年美國發射的世界最初的地球觀測衛星之後的第9代(6號因發射失敗而空號)系列衛星。它在大約700公里的高度沿南北方向繞地球執行,用從可見光到紅外光的波長觀察陸地區域。觀測範圍為185千米,解析度為30米,比不上最新的商業地球觀測衛星,但它一直向全世界提供與亞馬遜森林減少和北極圈冰河後退等氣候變動相關的資料,是地球觀測衛星的代表。

地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

諾斯羅普·格魯曼

製造的衛星搭載了利用可見光和紅外觀測地球的“

oli2

”和利用熱紅外捕捉地面溫度變化的“

TIRS-2

”,每隔16天對地球的整個陸地區域進行拍攝。每天拍攝的鏡頭數在700個以上,由於與還在服役的

陸地衛星8號

交替進行環繞飛行,每8天就可以提供一次實際資料。

明年將迎來

陸地衛星1號

(EARTS)發射50週年。半個世紀以來,觀測儀器的技術雖然進步了,但基本上都是在相同的頻率上不間斷地進行觀測。用同樣的觀測方法經過50年積累的資料具有無法估量的價值。而且,自2008年以來,美國地質勘探局無償公開了

陸地衛星

的資料檔案,

陸地衛星

的觀測資料是衛星遙感的基石,也被稱為“

世界資源

”。

地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

以“相同頻率”持續進行觀測具有重大意義。要分析像冰河一樣持續緩慢移動的長期變化,需要持續、長期且格式相同的資料。陸地衛星透過持續觀測極區這種人類無法輕易到達,也無法在地面上建立大量觀測站的區域,就可以瞭解氣候變化的影響。

■“陸地衛星之母”,掀起衛星對地球觀測的革新

地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

20世紀60年代,有一位女工程師開發了一種“太空數字掃描器”,可以對人眼看不見的光進行成像,為以相同頻率觀測地球的

陸地衛星

奠定了基礎。她就是休斯飛機公司的前工程師、

陸地衛星1號

上搭載的“多光譜掃描計(MSS)”的開發者

弗吉尼亞·諾伍德

被稱為“

陸地衛星之母

”的

諾伍德

設計的MSS,取代了NASA開發的

陸地衛星1號

觀測儀器的以往方式的照相機系統(RBV),成為了

陸地衛星

系列的主要觀測機器,在當時是革新性的機器。

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諾伍德

是在麻省理工學院獲得學位的物理學家。她的職業生涯始於陸軍通訊技術研究所,並且是第一位在1960年代先進的航空航天公司

休斯飛機公司

擔任研發職位的女性。在休斯上班的第一天,保安就攔住他說:“女性的車不能在研究人員專用車位停車”,對女性的偏見是這個時代獨有的。然而,她在22歲時以豐富的知識和開發出新方式的雷達反射器並獲得專利的豐富的經驗主導了開發專案。

在“從衛星拍攝地面”的陸地衛星任務中,當初NASA設想的是使用傳統的攝像機。氣象衛星“

泰洛斯

”也驗證了同樣的方式,具有可靠性。

地球觀測衛星太空掃描技術的發明,是50年來地球觀測衛星的基石

但是,

諾伍德

在農田裡拿著

光譜儀

反覆進行田野調查,最終得出的MSS是類似於現在的線行掃描器一樣的數字方式。衛星一邊飛行,一邊掃描一定的區域,就像用寬幅的絲帶纏繞地球一樣進行觀測。透過捕捉反射到地表的太陽光中所含的紅外線,可以對可見光難以判斷的地表進行分析。例如,正在生長的植物會反射很多紅外線,因此成像後會呈現明亮的紅色。不太成長的植物看起來是暗紅色,由此可以知道植物的成長狀態。組合幾個波長的紅外線影像,就能知道地表在拍攝時是怎樣的狀態。MSS的特點是,可以根據觀測目標的頻率準備檢測器,將其組合起來產生全新的影象,用分析的方法描繪出地球的新面貌,具有無限的可能性。

MSS是世界上第一個採用數字化衛星空間觀測資料並將其傳輸到地球的方法。在接受美國科學雜誌《科學》採訪時,當被問及她是如何說服懷疑論者實現衛星資料數字化時,

諾伍德

說道:“我去找了當時的休斯飛機公司的執行長

艾倫·帕克特

,並對他說:‘我需要10萬美元來製作太空掃描器的原型’,然後他直接給了我10萬美元。雖然CEO

艾倫·帕克特

不知道我在做什麼,但像

艾倫·帕克特

這樣的人,對新事物很著迷。”。可見當時休斯的管理層對

諾伍德

的信任度很高,並支援創新裝置的研發。

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但是,對於

休斯公司

來說,要想讓相當於客戶的

NASA

USGS

信服,還需要有說服力的實證。

諾伍德

等人把MSS的開發模型裝在卡車上,掃描了整個加利福尼亞。1972年5月,也就是發射

陸地衛星1號

的2個月前,拍攝到了優勝美地山谷的象徵景觀——花崗岩“half dome(半圓頂)”景觀。並且,MSS在檢測器、鏡子、資料數字化、以及射線校正等方面,所有的功能都按照設計進行了確認,達到了非常好的效果。

如此一來,NASA和USGS最終決定將

諾伍德

等人開發的MSS作為

陸地衛星1號

的主要觀測儀器使用。現今,MSS的功能不斷更新,對應的波長也比當時的

陸地衛星1號

增加了許多,但目前仍是陸地衛星的核心。

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維吉尼亞·諾伍德

為MSS的開發而奮鬥的時候,衛星的開發人員中沒有女性的身影。然而,現在有了一個由女性宇宙技術工程師和遙感科學家組成的社群“

Landsat Ladies

”,有很多女性從事宇宙空間技術的研究和開發。9月23日

陸地衛星9號

發射時,

諾伍德

也將觀看發射過程,並在面向社群的活動中講述自己作為先驅者的歷程。

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