这大概是一个最老的军事神话了。从瀚海狼山还没上小学时候,就听长辈们议论说美国的侦查卫星真是太厉害,说苏联部长会议主席的车牌都被拍到了,而且什么真理报的大标题也能被拍摄的很清楚。当时真的没想过有一天要怀疑这种说法。这可以算做一个流传了至少50年以上的段子,恐怕到现在还在网络上继续有人说。等到现在真正接触到一些光学和其他遥感技术。才知道这也不过是一种似是而非的神话传之一。我们知道,光学卫星照相也不过是遥感技术的一种。所谓遥感,就是在比较远的距离上通过搜集电磁波来判断识别和分析目标的内容。可见光自然也是电磁波的一种。按照人眼的正常视力,或者说包括视力特别好的人,比如2.0的视力能力,那么正常看清现在的车牌,最远距离不会超过50米,而看清报纸的大字标题,最远距离不会超过15米。
这等于说,锁眼光学侦查成像卫星,要在最低不低于150公里的轨道上,做到和人眼在30米之内看车牌,或者10米之内看报纸大字标题的能力。这可能吗?50年前的光学侦查卫星,说到底,就是一台大型空间望远镜加上后面的高档胶卷盒而已。因为当年还没有CCD数码相机,因此这种卫星的侦察时间是很短的,最多不超过一个月,因为轨道太低,荣誉摩擦坠毁,而且需要往地面扔回来拍摄完成的很大的胶卷盒,等于是一个部分返回体卫星。后来才发明了CCD数码相机,不用再往地面扔回胶卷,只需要通过无线电波下穿图片和视频数据内容就可以了。和我们现在把数码相机或者手机上的图片和视频上传到电脑再打印出来并没有多大区别,不过卫星下传数据是通过微波。而且CCD数码相机是在军用卫星上使用多年,技术成熟,产品价格普遍下来以后才推广到民用领域和照相手机上。
后期的锁眼系列和其他照相侦查卫星自然都是CCD数码相机了。但是不论后面的相机是原始的胶卷成像还是数字成像。但是前面的镜头却都是大同小异的。其实就是一套反射望远镜系统。我们都知道所有望远镜有两个基本的构成体制,一种叫做伽利略式,一种叫做牛顿式。伽利略是前后物镜和目镜都是凸透镜。而牛顿式是凹面镜物镜加凸透镜的目镜。到现在望远镜也基本不外乎这两种基本的成像模式。望远镜之所以能望远,是在于扩大了远处物体的成像角。在人类的眼里,成像角越大,那么感觉这个物体的体量越大,细节会看的更清楚。因此所有望远镜的基本原理,都是扩大远处物体的成像角。不过这种成像角也不会无限制的扩大,能扩大的倍数,直接和望远镜的镜片直径和焦距有关。而且和光线的总通量有关。在进入望远镜的光线总量有限的大前提下,如果无限放大,最终图像就虚了。也在这个原因,导致目前最大的地面光学望远镜也看不清临近的仙女座星系的任何单个恒星体。
光学侦查卫星,物镜都是牛顿式的反光镜,而不是和常见的望远镜或者眼镜一样是透光的折射镜片。使用曲面和平面的面镜组合来反射光线,并形成影像。反射式望远镜的性能很大程度上取决于所使用物镜的口径和性能。大口径,强光力的反射式望远镜的物镜通常采用非球面设计,最常的非球面物镜是抛物面物镜。由于抛物面的几何特性,平行于物镜光轴的光线将被精确的汇聚在焦点上,因而能大大改善像质。由于光学玻璃做成透镜的方式很难做到2米以上的大直径,因此绝大多数光学天文望远镜其实都是反射望远镜。既然这种大型望远镜可以在地球上观察天空,那么若把这种大型望远镜做成卫星发射到天上,自然是既可以观察天空,也可以观察陆地上的一举一动。尽管现在各种红外、雷达成像侦查手段越来越先进,但是人类出于本能,还是最相信通过可见光波段拍摄到的眼睛可以直接识别的影像,因此任何时代,光学战略侦查卫星都是不可或缺。
美军锁眼KH-11大口径对地侦察卫星后续批次使用的主镜片尺寸大于哈勃的2.4米直径,达到了3米。最大低轨道分辨率是0.1米,这还是在地面空气质量极好,太阳光照角度合适的情况下能够取得的最清晰的图片。除了云层雾霾的遮挡什么也看不见外,低层大气还会在热辐射的作用下,产生热扰流,这种现象在夏天的大马路上非常的常见。就是前面几十米的车牌都会因为热扰流看不清,何况150公里之外的卫星。热扰流和云雾遮挡,不是继续扩大卫星的镜头直径就能看清的。另外分辨率0.1米的图像,是指10厘米见方的正方形在图片上是一个像素,而一个像素的东西是什么也看不到的。在0.1米的分辨率下看清是什么,那么这个物体的大小至少是0.5到0.5米之间,比一个电脑屏幕还大,因此说能看清车牌甚至报纸标题纯粹吹水。西方给出的地面图像有些分辨率超过了0.1米,可以是0.05米,这其实是间谍飞机航拍的。但是0.05米的分辨率仍然看不清车牌和报纸大字。能在万米高空和150公里以上轨道上看清报纸大字?200公里厚的大气层会说:你们都当我不存在吗?