太空到底有多远？
◎鲁伊
对于这个问题，英国天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）给出过一个有趣的答案：一
点儿都不远，你只要开车垂直向上，一小时就到了。
根据美国航空航天局（NASA）对太空的定义，只要到达地面 92 6 公里以上的高度，就
可以算是太空。但实际上，绝大多数太空飞行器运行的轨道，是在 130 公里以上的范围。到
了 600 公里以上的轨道高度时，大气非常稀薄，阻力作用几乎是微不足道的，太空飞行器即
可长期停留。
然而，要冲破地心引力进行这种垂直于地面的太空旅行，其难度何止地面旅行的上百倍。
事实上，直到 1957 年，苏联将第一颗人造卫星 Sputnik 发射升空，向太空进军才不再是极
少数科学家和科幻作家的梦想。
严格说，俄语中意为“朋友”或“卫星”的 Sputnik，只是一个在 230 公里×950 公里的轨道
上转了 3 个星期，除了发出“嘟嘟”声什么都做不了的金属球。但它却标志着太空时代的到来。
以此为原点，美国和苏联展开了长达数十年的太空竞争，政治因素和政府行为成为这场竞争
的主导。1970 年 4 月 1 日，中国发射的第一颗人造卫星“东方红一号”，虽然比 Sputnik 晚了
13 年，但所遵循的，依然是这种政治当先的思路。
但是，20 世纪 90 年代后，航天领域的全球化和商业化趋势越来越显著。加入航天俱乐
部的国家超出了美、苏、中、日及欧洲的传统格局，涌人航天领域的商业投资，也第一次超
过了来自政府的财政投入。以往冷清、罕有人至的太空，于是开始变得拥挤。而将这种拥挤
体现得最为淋漓尽致的，便是在地球赤道上方 36 万公里处、与赤道处在一个平面上的对地
静止轨道（Geostationary Orbit）上各国卫星对轨道位置和频率资源的争夺。
几乎每一个从事卫星产业的人，都能数出一连串在这 36 万公里之上的堪比三十六计的
争夺故事：没有能力发射卫星的国家，只是凭借占有轨道位置的优势，就可以收到每年几百
万美元的租金。没有做好轨位和频率协调的卫星，即使发射升空，使用上也会受到诸多限制，
甚至被迫关闭服务功能。为了保护住已经有的轨道位置，甚至出现了“漂星”这种奇特的现象
——购买一颗马上要到使用寿命期限甚至已经部分失效的卫星，让它漂到自己的轨位上，从
而维持住优先性……
在这一花样百出的争夺背后，是当前全球民用航天业务中最具市场效益的卫星通信和卫
星广播领域。由于对地静止轨道上的卫星与地球同步，地面接收站保持相对不动，就可以接
收到它传送的数据，因此，赤道上方 36 万公里的这个轨道，成为放置通信卫星和广播卫星
的最好用、最常用的位置。但是，由于卫星和卫星之间存在干扰，在这个圆周上，不可能无
限地放下去，按照国际电信联盟的规定，必须隔开一定角度。而先登先占的制度，又使以往
在太空竞争中先行一步的国家，以及对国际规则认识透彻的一些国家，占据了很大优势。后
来者想要再从中分一杯羹，不得不挖空心思，付出很大代价。
2000 年前后，一项调查表明，美国人平均每天使用太空资产至少 9 次。尽管你可能并
没有意识到这一点，但无论是打开一张报纸，买一张彩票，看一眼股市行情，还是刷一次信
用卡，背后其实都有着广泛的卫星应用，更不用说 GPS 导航系统所带动的高达上百亿美元
的全球市场，以及被它深刻改变的现代旅行方式。
在这一意义上，今日对地静止轨道上的以商用和民用卫星为主的争夺战，投射的，其实
是几十年前的太空竞争所锁定的格局。在这场争夺战中经历的挫折和成功，固然本身可能影
响数十亿美元的市场，但其更深远的意义，却在于为未来中国在进一步发展航天技术、争夺
更广阔范围内的空间优势的战略布局，提供并不遥远的镜鉴。
卫星照耀中国
回顾通信卫星在中国的发展历程，最常被提及的是 3 个关键性年份：1972 年，1990 年，
2008 年。发生在这 3 年中的标志性事件，清晰地折射出中国在卫星乃至太空探索领域走过
的一条典型路径。
◎鲁伊
通信卫星是干什么用的？最简单的回答似乎是空间通信。在 1945 年的《无线电世界》
杂志上，阿瑟·克拉克已经给出了这种通信的基本概念：“一个半径为 万公里的圆轨道，
绕地球一周的时间正好是 24 小时，如果其轨道平面与地球赤道吻合，轨道上的物体将绕地
球旋转，并相对于地球表面的观测者静止在上面相同的一点上……人造卫星在这个轨道上能
够提供接收和传输服务，能作为转发器为位于卫星下方的地球上任何两点间进行转发任务。
在地球上任何地方接收到的数据都能被转发到全球范围的可见区域。”
“很少有一个新的科学设想对进一步缩小地球产生了这样大的影响。”在《理解航空》一
书中，美国空军科学研究院的特洛伊·凯彻（Troy Kitch）这样写道。然而，从阿瑟·克拉克提
出的卫星通信到目前全世界广泛使用的卫星通信，中间其实已经经历了许多代技术演进，而
人类对空间通信的需求，其实也在不断随着时代变迁和政治经济形势的变化而调整。在这种
情况下，对通信卫星的审视，必须用动态的眼光。
1972 年，尼克松访华
1972 年 2 月 21 日，中国通信史翻开历史性的一页：卫星通信正式开通。催生这件事的
由头，正是美国总统尼克松访华。
解放军总参通信部前副部长杨千里回忆，尼克松派基辛格来打前站的时候，就向中国提
出，要求进行电视新闻实况转播，可是按照当时的通信设备和通信水平，这简直就是一项无
法完成的任务。“美国人因此提议，他们带来两个移动式卫星通信地面站，一个 5 米口径的放
在首都机场，另一个 米的放在虹桥机场，这两口‘锅’后来都留在了中国。”杨千里说。
不过，虽然卫星天线运来了，当时的国务院总理周恩来却想到了另一个问题：美国的卫
星通信站到中国境内工作，牵涉到国家主权问题。于是，当时又采取了一个折中方案，由中
国出面，向美国牵头成立的国际卫星组织租用天上的卫星转发器，然后再转租给美国。
在此之后，日本首相田中角荣访华，也按照这种模式进行了实况转播，而田中角荣带来
的 10 米口径的卫星地面站，留在了上海邮电部邮电科学研究院第一研究所。
几个留下的卫星地面站，一方面为中国自行研发卫星地面站提供了借鉴，另一方面，也
促使我国领导人和科学家开始考虑，加紧研制自己的通信卫星。1974 年，北京邮电学院的
黄仲玉、林克平和钟义信给中央写了一封题为《关于建设我国卫星通信的建议》的信，在此
基础上，国家计委和国防科委起草了《关于发展我国通信卫星的报告》，1975 年 3 月 31 日
正式得到中央军委批准，这便是中国通信卫星工程“331 工程”的由来。到了 1984 年 4 月 8
日，中国第一颗静止轨道试验通信卫星“东方红二号”成功发射，并占据东经 125 度的静止轨
道位置，我国才终于在自己的国土上方拥有了自己的通信卫星。这颗“东方红二号”卫星的发
射成功，使得中国成为世界上第五个独立研制、发射和运行地球静止轨道卫星的国家。
事实上，这颗卫星发射时，对地静止轨道上的轨道频率资源，并不稀缺，中国其实比许
多后来的竞争者都走在前面。“在当时的认识上，并没有觉得我们需要那么多的卫星轨道资
源。”杨千里说。第一颗发到天上的“东方红二号”通信卫星，仅携带有两个 C 频段转发器，与
之相对应，现在的“东方红四号”卫星平台，可以装载 30 个 C 频段转发器，还有 16 个 Ku 频
段转发器。但当时最迫切的问题，不是天上的转发器不够用，而是地面上没有什么能接收卫
星信号的天线，因此卫星的主要用户并不多，除了军用通信，民用的只有向新疆、西藏等地
传送一下电视信号，以及报纸的远距离传版。“以前的报纸一级一级往下送，要花费相当长的
时间。后来有了航空版，用马粪纸在排好的铅版上打成模，用飞机送到中等城市，再重新灌
注铅水做版。这种航空版质量很不好，总是麻麻糙糙的。等到有了卫星，就可以用像办公桌
那么宽的传真机，将整版报纸传到分印点。当时这种卫星传版非常慢，一版要传 25 分钟到
30 分钟，而且只要中间出现故障，就要重新传，所以也只有《人民日报》、《参考消息》这
样的大报才能做到。”杨千里说。
从 1984 年到 1990 年，中国的通信卫星产业总体上走的是一条以自主研发为主的缓慢前
进路线。随着地球站的逐渐普及推广，军用和民用的需求也在不断增加，由此也催生了太空
上的卫星布局：1986 年，第三颗“东方红二号”通信卫星占据了东经 103 度的轨道位置；1988
年 3 月，一颗“东方红二 A 号”卫星定点东经 度，向地面提供卫星电视广播和电话服务；
1988 年 12 月和 1990 年 2 月，第二颗和第三颗“东方红二 A 号”卫星先后定点于东经 98 度
和 115 度。从对地静止轨道占位问题上来看，中国此时事实上已经占据了 5 个非常有利的位
置。
然而，危机却也在这看似平稳的发展道路下暗涌。
如今任职于美国休斯网络系统公司——全世界最大的卫星制造和卫星业务运营商之一
——的李庆安，曾经是中国海洋石油公司的通信处处长。在他的回忆中，上世纪 80 年代后
期，由于改革开放开始显出效果，各行业对通信的要求都急剧增长，而当时的地面网络并不
能满足，一些大型国有企业比如中海油和云南烟草，开始将目光转向新的解决方案，也即卫
星。但在这个关键时刻，东方红卫星的发展却未能尽如人意。
中国空间技术研究院航天无线电频率研究发展中心的主管李辉介绍道，当时，尽管通信
卫星产业已经发展了几年，有了很大进步，但在长远规划方面，做得并不够好。“比如新加坡
这样的国家，在其卫星设计寿命终结之前五六年，就已经开始考虑接替星的问题了。但在我
们国家，尤其是商用卫星运营初期对卫星接替、发射的周期和风险考虑不足，一旦遇到接替
星发射推迟或失败等问题则措手不及，甚至出现卫星失效、业务无法接替、坐失市场机遇等
情况”事实上，80 年代末期，在轨运行的“东方红二 A 号”的几颗卫星，都属于超期服役，一
些星上转发器已经无法正常工作，但由于预定的接替星发射失败，使得许多通信卫星用户急
得四处寻找门路。在这前后，一个名叫黄翔骏的美籍华人看到了其中潜在的巨大商机。
1990 年，“亚洲一号”
“这个黄翔骏，可不是一般人。”中信集团前副总工程师马纪龙对本刊记者感叹道。
1984 年，由休斯公司制造的一颗 Westar-6 通信卫星发射失败，漂浮在距离地面 200 多
公里的低轨上。幸运的是，地面跟踪站监测到了它的位置，并发现运转良好。当初为这颗卫
星承保的英国 MS 保险公司在评估了可能的风险和收益后，向 NASA 求助，于是在 8 个月
后，“发现号”航天飞机特意执行了一次拯救任务，由两名宇航员通过太空行走把它“抓”了回
来。
当时，任职于泛美航空公司国际部的黄翔骏，注意到中国上空专用的地区通信卫星还很
少，认为这是一个大好商机，于是和加拿大人约翰逊联合成立了 PGT 公司，准备以 2000 万
美元的代价从保险公司手中将这颗卫星买到手，然后用中国的长征火箭发射到中国上空。
“应当说，在那个时候，黄翔骏就敏感地嗅到了改革开放之后，全球经济中心东移的风
向，并预料到这种东移对卫星通信的必然需求，真是了不起。”马纪龙说。但是，黄翔骏的运
气并不太好。他所在的泛美航空公司经营不善面临破产，新成立的 PGT 公司，一个主要投
资者中东富豪卡舒基也遇到问题，资产被冻结。在这种情况下，黄翔骏四处奔波，游说各方，
却最终无能为力。而以此为契机，1988 年 2 月，中信技术公司与香港的英资公司大东电信
局、和记黄埔合作成立了亚洲卫星有限公司，经过几轮谈判协调，成功地从美方获得了
Westar-6 卫星的出口许可证。这颗此前历经周折的卫星，终于在 1990 年 4 月 7 日由中国长
征火箭发射成功，这便是大名鼎鼎的“亚洲一号”。
亚洲卫星公司中国部总经理张海明在接受本刊记者采访时表示：“亚洲一号”最重要的意
义，首先是创造了中国火箭走向国际市场的一个先河。“在很长时间里，外国人对中国火箭能
力并不了解。虽然我们把自己的卫星送上过天，但对于国外的卫星，还是第一次。”在发表
于 2010 年 4 月号《数字通信世界》上的一篇纪念“亚洲一号”卫星成功发射 20 周年的文章中，
当时的亲历者透露，在发射前中美双方的技术协调中，很快就发现，“长征三号”火箭与卫星
的接口尺寸不一致，主要是因为国外采取统一的标准尺寸，而国内是自己的一套系统。此后
用了半个月时间，中国科学家才拿出了自行设计的符合国际标准的星箭过渡锥，解决了卫星
在火箭上的座位问题。而中国火箭发射场上逃生装置的增设，也是从发射“亚洲一号”卫星而
始。在此之外，才是给中国用户提供服务上的意义。“最起码讲，在当时，‘亚洲一号’让中国
的用户在卫星容量上有了选择的余地，可以使用中国自行研制的‘东方红二号’，也可以使用
美国制造的‘亚洲一号’。”
“亚洲一号”卫星所占据的轨道位置，是在东经 度上。它和亚洲卫星目前另外使用
的 度、 度两个轨位，都是香港回归前，亚洲卫星公司以香港的名义向国际电信
联盟申请到的。“由于熟悉国际上轨道位置申报的程序，我们的申报登记材料准备得很充分，
所以这三个位置上的优先性一直牢牢掌握在亚洲卫星公司手中。”马纪龙说。而就在这一时期，
亚太地区对地静止轨道上的位置争夺，开始呈现白热化。
这种争夺所体现的其实是这一时期有关各国在经济发展过程中对太空资源与国民经济的
新认知。以中国为例，在李庆安向本刊记者的描述中，是“各大部委、各大企业、银行证券
业，都在发展自己的卫星专网，四处寻找可用的卫星转发器”。同样的景象也出现在所谓“亚
洲四小龙”的国家和地区中。各个有实力的国家都在争先恐后地向对地静止轨道上发射通信
卫星，由此也进入国际电信联盟最忙碌的一段时期。
总部位于日内瓦的国际电信联盟，是各国政府协调全球电信网络和服务的机构。由于卫
星通信也要使用到无线电波，牵涉到不同无线电业务之间的频率干扰问题，因此也归属国际
电信联盟管理。
“人们经常说到轨位，但其实最突出的资源特质是频谱。”李辉对本刊记者介绍道，“在非
静止轨道上，轨道资源受限的特性并不那么鲜明，但能够使用到的无线电频率是有限的。频
率超出一定范围，目前的设备、技术难以应用，是频谱资源紧张的重要原因之一。所以说轨
道位置和频率，是一个整体概念，专业上统称为频轨资源。”
刚开始从事频轨资源协调的工作时，李辉一度将这件事“想得很简单”——“不就是考虑
相邻的两颗星怎么兼容工作的技术问题吗？”做得时间长了，她逐渐体会到，这不是简单的
技术问题。“协调涉及资源问题，而资源问题又涉及国家的战略储备问题，卫星项目属于一个
国家在天上的基础设施，涉及国家利益，往往牵涉到国家安全、经济发展、外交、政治问
题。”李辉说。
在 90 年代初期，“亚洲一号”卫星发射后，整个亚太地区经济发展也是通信卫星产业发展
的黄金十年中，频轨资源的争夺问题显得特别突出。“由于此前没有对申报登记足够重视，一
些现有轨位的维护又不是很好，再加上其他国家的竞争，在这段时间，中国的卫星吃过好几
次亏。”李辉说。其中最著名的就是在卫星圈里大名鼎鼎的“汤加现象”——亚太卫星公司发射
的两颗卫星，发射上天后无位可占，无奈之下，只好以很高的代价，与登记了东经 134 度
和 138 度两个位置上的 C 频段资料但却没有卫星在轨的汤加合作。
对频轨资源认识不足的历史教训，有时会被归结为令中国的通信卫星产业在 1997 到 1998
年左右走入低谷的原因，但问题并不这么简单。“轨道位置和频率资源说到底是可以用更先进
技术解决的问题。”杨千里说。这一论点从李辉这里得到了许多实例的印证。
“比如美国有一颗还在工作中的气象卫星，却不再维护资料了。因为它的抗干扰能力强，
别人干扰不着它，如果有人抗议它可能会产生干扰，反正轨道位置多得是，大不了就走。”另
外一个例子，则是中国在 134 和 138 两个位置上漂亮的还击，“汤加虽然在这两个位置的 C
频段上占了先登先占的便宜，但中国有了使用 Ku 频段转发器的卫星后，及早向国际电联提
交了这一频段申报资料，所以中国在这两个位置的 Ku 频段资源占有，有优先权。”
从长远的角度看，还是技术和国家实力在决定太空中的话语权。
2008 年，汶川地震
“喂，喂，我们这里地震了……”
2008 年 5 月 12 日 14 点 40 分，汶川地震后 12 分钟，中国电信四川公司汶川分公司的
刘道彬用海事卫星终端拨出了汶川通往外界的第一个电话，但是，这次通话只接通了 10 秒。
随后，这部汶川地区唯一可以拨通的电话被交到汶川县委书记王彬手中，但在接下来的
时间里，它每天只能完成 12 次被叫，一次成功的主叫也未能实现。
在这场高达 8 级的地震中，共有 26809 个移动通信和小灵通基站受损，传输光缆损毁达
到 万皮长公里，重灾区的 109 个乡镇，与外界通信联系完全中断。卫星通信成为救援
部队的首选，但，发生在前面的那一幕情景，并不少见。海事卫星手机和瑟拉亚卫星手机这
全球两大移动卫星通信系统，此前由于未能在国内形成广泛应用，缺乏信道资源，并没有给
出足够令人满意的答案。反倒是北斗导航系统，起到了至关重要的作用。
“汶川地震对于当时处于非常低迷状态的中国卫星通信产业，是一个极大的刺激。”李庆
安告诉本刊记者。此前，经过 90 年代的黄金期，由于从 2000 年开始，邮电部进行调整，地
面通信网络大降价，达到 70%以上的降幅，卫星通信从成本效益比上，一下子就显得竞争
不过地面网络了。与此同时，另一项主要业务卫星广播，由于种种限制，也未能获得理想的
市场收益。“当时的状况，是通信卫星的发展进入淘汰期，各部委企业专网纷纷关掉，许多卫
星通信项目接连下马，全国双向卫星小站的数目从 2 万个下降到 8000 多个。与此同时，美
国卫星通信却一直处于高速发展期，如今已经达到几千万的装机量，几千亿美元的产值。”这
种对比的一个直接后果，就是美国的通信卫星事业，从研制到发射到应用，各个环节的核心
技术水平，都与其他国家拉开了更大的差距。
“汶川地震所暴露出来的一个重要问题，是我国整体来看，通信网络还是一维通信，很
脆弱，一旦遇到紧急状况就会出问题，可靠性不够好。卫星通信在应急通信、发展立体多维
通信网络上的作用，一下子凸现出来。”李庆安说。
可靠性，是被我们的采访对象提及最多的一个词。这或许是从事的行业使然。“国际市场
上，一颗卫星的标准造价是 亿美元，发射后，在空中工作的时间越长，卫星业务运营公
司越能盈利，而一旦发射到太空中，它就不能再修理。”李庆安告诉本刊记者，“所有这一切，
都使得卫星产业追求高可靠性，本身技术上并不一定要多先进，但要在几年或十几年的时间
里，在太空环境中，不出问题。”李庆安告诉本刊记者，这是一个软科学问题，不是单靠硬技
术就能直接赶上的。
“中国现在制造一个飞行十几分钟的火箭，没问题，非常好；一个要在太空中飞一星期
的神舟飞船，也还可以，但在这种要求在太空中工作时间超过一年的卫星制造上，与美国和
欧洲相比，就有很大差距。”李庆安所举的这个例子，其实或许可以引申到卫星航天之外的很
多领域。
北斗的骄傲与未来
6 月 2 日，中国第四颗北斗导航卫星成功升空。在一片低迷的市场行情中寻求新的投资
热点的证券公司欢呼，这将带动空间技术概念股的兴起。从国外媒体的视角，这被解读为中
国导航系统对欧洲伽利略系统的完胜，对美国 GPS 系统发起的挑战。但在我们采访的卫星
专家眼中，两种说法，都有言过其实之处。这颗卫星的真正意义，目前更大程度上，在于它
所象征的“转变”。中国的北斗卫星导航系统，走的是一条与美国 GPS 系统和俄罗斯
GLONASS 系统都截然不同的技术发展道路。对北斗系统的一切评价，都不能脱离这条路线
选择背后的复杂的历史原因。
◎鲁伊
1993 年 2 月，李贵琦离开西安，到北京某部报到。一早到的时候只有他一个人，自己
拎着暖水瓶找地方打开水，到中午，才又来了一个同志。
“我们俩大概就是北斗导航系统正式筹建时最开始加入的两个人了。”退休前担任“北斗一
号”地面应用系统副总师的李贵琦回忆道。
这个时候，距离中科院院士、两弹一星功勋奖章获得者陈芳允提出奠定北斗导航系统理
论基础的“双星定位设想”，时间已经过去了 10 年。此时，美国已经基本完成了 GPS 系统的
卫星布网工作，两年后便开始投入正式使用，与其竞争的俄罗斯 GLONASS 系统，也在紧
锣密鼓地加紧部署。
GPS 导航系统的原理，是在 6 个距地球 万公里的近圆形轨道面上，放置 24 颗卫星，
它们的分布使得地球上任何地方的用户在任何时候都能看到至少 4 颗卫星，形成精确定位所
需要的几何图形。GLONASS 虽然在轨道半径和轨道面分布上与 GPS 略有不同，但主体上
延续的仍是这一原理。然而，陈芳允提出的双星定位设想，却与这两大主流卫星导航系统截
然不同。
“我们不是不想做 GPS，但当时做不到。”李贵琦说。他介绍说，GPS 其实是在第一代子
午仪卫星导航定位系统的基础上发展起来的，从 1969 年起，中国就已经在做这种子午仪卫
星，做好没多久，还没有往上放，美国就发展到了 GPS 系统，子午仪系统被淘汰掉了。既
然这个系统已经落后了，再往天上放没有意义，所以直到现在还放在仓库里。“但是，在对子
午仪卫星的演练过程中，美国已经研发出了导航卫星上的核心部件原子频标，也即俗称的原
子钟，而在中国，却还没有这个储备。1979 年之后，美国 GPS 的发展相当快，中国的导航
系统到底该从哪儿起步？专家学者的争论非常大。正是在这个背景下，本来做通信卫星研究
的陈芳允院士根据当时的实际情况，提出了双星定位理论。”
所谓的双星定位原理，其实还是测量学上的三球交汇，只不过把两颗地球静止轨道上的
卫星作为两个球面，而把地球本身看成另外一个球面。这样，只需要两颗卫星——而不是 24
颗——就能够满足对导航定位的需求。
但是，这个方案也有它的局限性。“我们常说地球是个圆，但它表面其实坑坑洼洼，从喜
马拉雅山到海平面，相差 8000 多米。”北斗应用系统前副总指挥、目前担任北斗导航系统应
用开发的北斗天汇董事长刘忠华对本刊说。为了解决高度带来的误差问题，当时调动了几乎
举国的测绘力量，将全中国的纸质地图扫描，变成数字化地图。“这个地图非常大，那是 1994
年前后，不像现在，上哪儿找这么大的一个内存啊，中间想了很多办法。”这样，当北斗系统
用户需要知道自己的位置时，他需要首先发送一条“申请”信息，由中心站的计算机根据坐标
在地图上找到对应的层高点，综合计算后将结果打包发给用户。因此，北斗一代系统是一个
主动系统，无法实现像 GPS 那样的被动接收。正像现在很多人说，北斗可以发短信，做通
信，比 GPS 好。
2000 年 10 月 31 日和 12 月 21 日，中国先后发射了两颗北斗导航试验卫星。但是，当 2003
年欧盟邀请中国加入伽利略系统时，尽管借助 3 颗北斗一代卫星已经初步完成对中国的区域
覆盖，但中国依然非常积极。“当时欧盟的伽利略计划缺钱，中国很快就承诺投入 亿欧元，
只有一个条件，把部分项目放到中国一些大的研究所来合作，这走的是一条曲线救国的路线。
但欧盟坚决不同意。”杨千里说。
美国和欧洲对核心技术控制权的敏感，其实一直伴随中国卫星事业的发展。“最好的东西
不卖给你，就算卖给你也不让你靠近，有专门的人守在旁边，让你摸不着看不见。”中国卫星
通信集团公司科学技术专家委员会副主任闵长宁对本刊说。对于这一点，李贵琦深有感触。
“一直到最新的几颗北斗导航卫星上天，我们的北斗卫星上才有了自主研发的原子钟。上述
事实教育了我们，也促成了我国政府最终下定决心，不管怎样，也一定要把自己的北斗导航
系统做成。”
在已经有了足够好的 GPS 系统的情况下，为什么还要做自己的导航系统？除了惯常的
解答，中国科学院国家授时中心前资深研究员陈洪卿另有一番见解，他说：“现在大家对卫
星导航系统关注比较多的是它的导航功能和它在军事和民用上的重要意义，但其实，还有一
个对国计民生关系重大的领域不甚为人所知，那就是授时。”每到整点钟，广播和电视中会发
出“嘀嘀嘀”的声响，帮助人们调校钟表，这其实就是一种授时。在一些与时间密切关联的工
业系统如电力系统中，要确保时间的一致性，提高电网事故分析和稳定性控制水平，高精度
的授时手段必不可少。直到目前，中国电网广泛使用的还是美国的 GPS 系统。“从国家能源
安全和国民经济命脉上考量，其实存在很大隐患。”陈洪卿说。正如时频专家王义遒先生比喻
的“原子钟比原子弹重要”——原子弹可以摧毁一个城市，但如果原子钟出了问题，整个国家
的电信、金融、电力网络，都会出问题。令他对北斗导航系统格外骄傲的，恰恰是北斗在解
决授时问题上的突出表现。“现在北斗的授时精度和 GPS 系统是一样的，但我们用了 3 亿美
元，美国人用了 120 亿美元，我们用了 8 年，美国人用了 20 年。”
“选择双星定位的北斗导航系统，有技术问题，有成本问题，也有轨道频率资源协调问
题。它可能不是目前世界上最好的选择，但的确是符合中国国情的最佳选择。”李贵琦告诉本
刊记者，“两个系统最终要实现的目标是基本一样的，我们正在布局的北斗二代导航系统，就
已经解决了从主动导航到被动导航的问题，保密性上提高了一大截。”李贵琦告诉本刊，国家
为北斗二代系统制定的“5+30”方案，最终目标也是要用布在中轨道的 30 颗卫星建立一个像
GPS 那样的精确定位系统，但要发展到这一步，不仅是制造和发射多少颗卫星的问题，还
牵涉到地面系统的建设，天上几十颗卫星的位置跟踪，太空中摄动问题的解决，整个星座的
维护更替，这都要投入很多成本，解决很多系统性的技术问题，不可能一蹴而就。否则，俄
罗斯 GLONASS 系统此前因为维护不善而导致服务瘫痪的例子，就是前车之鉴。
“现在很多人说，北斗的终端贵，笨重，没有 GPS 精度高，但这需要一个过程。”陈洪卿
对本刊记者说。1984 年，他所在的国家授时中心从美国买回一台 GPS 接收机，一台仪器就
花了 万美元，“从 万美元降到现在的几千块钱人民币，这中间是 20 多年的时间里全世
界的企业围绕 GPS 系统进行的一系列应用研发。北斗的后发优势可以使它超越一些阶段，
但我们还是要给它成长的时间”。
从太空到你的脸：卫星影像 40 年
从国家机密到商业战场，再到 6 亿人可以在家中免费游览真实的地球，卫星影像 40 年
的历史，每一步都在为民众的时代铺平着道路。
◎陈晓石鸣林楠
LANDSAT：天空之眼
已经年过八旬的尼古拉斯·肖特博士仍然清晰地记得他第一次看到地球资源卫星拍摄的
遥感图像的场景：“上百个科学家聚集在控制中心等待着，呈现在我们面前的是一张宝丽莱
式的图像，显示了位于从明尼苏达到得克萨斯一段卫星轨道上的地面区域，但没有人知道自
己具体看到的是哪儿。我们翻出一本地图册，但是一开始还是找不到，有人觉得看上去很像
达拉斯北面一带，但卫星图像上被解译为水域的黑色形状和地图对不上。”后来他们发现，这
本地图册是 10 年前出版的，而这一地区在 10 年内新建了至少两处用于贮水的人工湖。几个
小时后，不止一张，几十帧卫星图像被集中发回，地理学家们首先被震撼了。“我之前真是大
错特错。”肖特博士在电话里向本刊记者回忆往事的声音颤颤巍巍，“我完全没有思想准备能
看到这么高质量的地面照片，你可以说我之前对地球资源卫星持怀疑论，但是一看到这些图
像，我立刻成了地球资源卫星的拥趸。”
第一颗地球资源卫星于 1972 年 7 月 23 日由美国航空航天局（NASA）发射升空，1975
年改名为 Landsat l 号卫星。肖特博士既是 Landsat 项目最早一批参与者之一，也因 Landsat
改变了自己的职业道路。“之前我是研究阿波罗飞船从月球上取回的岩石样本的，Landsat 升
空那会儿，我刚刚开始接触卫星遥感，之后就跟 Landsat 难解难分，一直干了将近 20 年才
退休。”他告诉本刊记者。学地质出身的他第一眼就意识到 Landsat 图像在地图测绘方面的价
值。“它们简直就是为地理学家而设的，从地质学观点来看，简直太壮观了，”他谈起老本行时
不禁滔滔不绝，“你可以清楚地看到河流、山峰、岩石、断层、植被以及道路、城市。我当时
对我周围的人说，如果其余的卫星图像的质量都像这样，那么应该有人把这些图片编辑成一
本地图册，让全世界都看看。”
他说这话时，没想到自己就是那个编辑者。接下来，他花了 5 年时间编撰了世界上第一
本公开发行的卫星遥感地图册——《地球使命：Landsat 看世界》。
Landsat 1 号发射升空后，正常运作了 3 个月就向地面送回了 万张地图照片，每帧图
像覆盖地表 180 公里见方的区域。而卫星每 18 天（从 Landsat4 号开始缩短为 16 天）完成
一次对整个地球表面的扫描。后续数据还在源源不断地涌来，每秒数据流量为 84 兆。据统
计，每个循环周期内卫星发回的扫描图像的数据量大约相当于 21 部大英百科全书。所有这
些遥感图片，经过地面校准和定位，即可变成地图。“我们从地球资源卫星得到的首要发现就
是，我们所有的地图，无论是地理学的还是地形学的，全都过时了。”NASA 戈达德太空飞行
中心的研究员保罗·劳曼告诉本刊记者。
“我是第一个带着 Landsat 图像去实地比对的人。”肖特博士回忆道。发射那年的 8 月，
卫星碰巧拍下了几幅没有云层遮挡的怀俄明州卫星图像，他揣着这几张打印图片，在实地花
了整整两天时间进行测绘，学习读图和利用卫星图像定位，“那是一次非常新鲜的体验”。
Landsat 1 号卫星首次配备多频谱扫描仪（MSS）作为传感器，比起之前使用电视摄像机的
气象卫星和海洋卫星，从几百公里轨道往下看的精度一下从近似肉眼分辨力提高到了百米以
内。在实地勘测中，肖特博士进一步发现，“在既有卫星信号 80 米的分辨率下，由于不同位
置的泥土反射光的强度不同，线性地物窄于 20 米时依然可以在图像上辨认”，加之一系列借
助计算机来提高精度的图像处理技巧。“Landsat 地图不仅能显示地形地貌，而且还能够显示
地面的性质：地块如何被使用，上面都有什么，哪里湿润哪里干燥等等。”科普作家斯蒂芬·霍
尔由此向人们指出。
地理学家开始研究如何利用 Landsat 作为地图测绘的工具，这一主题成为美国《地理时
代》杂志 1973 年的一期封面故事。1974 年秋天，肖特博士在 CBS 电视台上向美国公众普
及 Landsat 卫星遥感成像原理。1977 年《地球使命：Landsat 看世界》一书出版后几个月内
销售一空，印数追加了一倍，而在接下来的 5 年内，与此书类似的图册至少又出版了 4 本。
“Landsat 从质的意义上改变了人类测量大自然的能力。”斯蒂芬·霍尔说。时任美国航空航天
局局长的詹姆斯·弗兰切则评论，Landsat 卫星“教会我们一种观看的新方式”。
Landsat：命途多舛
然而，追溯上世纪 60 年代，与 NASA 的阿波罗登月计划相比，Landsat 项目一度差点
胎死腹中。一方面，50 年代的民用卫星遥感图像的质量相当落后，发展卫星遥感的科研价
值受到质疑，许多科学家认为遥感不如航拍。另一方面，更重要的是政治和军事的考量，地
图中土地的边界也是国界，地图测绘与政治脱不开干系。美国国防部和美国国务院一开始就
反对 Landsat 计划，前者担心国家安全保密问题，而后者则害怕对他国国土不经其允许进行
遥感拍摄会引起不必要的外交纠纷。美国预算署（后更名为预算管理办公室）则拒绝为
Landsat 拨款。实际上，60 年代中期，使用卫星遥感技术进行机密勘探行动已成为美国空间
项目的一个发展重点，但是白宫和五角大楼将这一技术视为自己的特权。“他们不仅严禁将军
用卫星遥感延伸至民用，还抑制民用在这一领域的自主发展。”Landsat 历史学家帕科拉·麦克
说。
“支持的主要力量之一是美国地质调查局。”肖特博士告诉本刊记者，“Landsat 的设想最先
就是由他们提出的。他们需要精度较高的图像完成地图测绘。另一支支持力量是美国农业局，
他们想借助地球资源卫星来研究地表的耕种面积、作物生长、病虫灾害预防等等。”而在帕科
拉·麦克看来，最着急的是美国内务部，“他们对卫星传感器功能的要求最少，巴不得赶紧发
一颗上天运作起来，以协助自己的日常工作”。
在这场拉锯战中，谁能争取到 NASA 的支持，谁就能离目的更近一步，而 NASA 当时
正专注于与苏联进行太空竞赛，对发展民用太空项目并不感兴趣。1965 年，NASA 终于答
应开始研究地球资源卫星项目的可行性，却拖拉了一年无甚进展，帕科拉·麦克甚至在其著
述中怀疑，“NASA 也许与国防部或者国家安全委员会签订了秘密协议，故意拖延这一项目的
进展”。1966 年 9 月，时任美国地质调查局局长的威廉-帕科拉做了一个惊人之举，他联合内
务部秘书召开一个临时的新闻发布会，先斩后奏地宣布 NASA 已经同意与内务部合作，将
于 1969 年发射一颗满足内务部自己需求的地球资源观测卫星，预算仅为 2000 万美元。消息
立即上了《纽约时报》的头条，毫无准备的 NASA 大吃一惊，紧接着勃然大怒。“第二天一
切都爆发了，白宫准备追杀他，五角大楼准备追杀他，国务院准备追杀他。”威廉·帕科拉的
妻子后来回忆道。然而，由于公众对内务部这一计划的反应出乎意料的热烈，被“绑架”的
NASA 决定拿回主动权，自己来主导这一地球资源卫星项目。
Landsat 项目被赶鸭子上架后．其名分成了一个遗留问题：这到底是一场科学技术试验，
还是提供了一种常规、可靠的民用服务？若认定它是试验性的，将失去以内务部为首的美国
政府行政部门的合作，若认定它是常规运行的，则意味着这一机密技术向民用领域的扩展，
美国国会不愿意为其拨款。这个定位纷争实际上是之前对峙双方矛盾的延续。而到 60 年代
末期，年年耗资巨大的阿波罗登月计划和久持无解的越南战争加剧了美国预算署对 Landsat
项目的开支的保守态度。Landsat 正式立项的第二年，预算署就取消了针对该项目的拨款，
次年又把 Landsat 项目的预算缩减了 3/4，即使到了 Landsat 发射前夕，预算署还在建议取消
备份卫星的建造。
技术指标方面，支持 Landsat 的势力各自为政，主张南辕北辙，而反对 Landsat 的一方
则竭力抑制其技术进步。最后妥协的结果是，“1972 年建立起来的 Landsat 卫星系统整体来看
并没有进行什么意义重大的科技创新，只是一系列已有技术的新式组合”。肖特博士说，从
Landsat 1 号卫星到 1999 年发射的 Landsat 7 号卫星，30 年间，“它们成像的精度并没有与时
俱进，仍然属于中精度范畴，你不可能看到地面上非常小的物体，最新的技术在 Landsat 卫
星上的应用仍然有限”。
Landsat 面临的真正挑战最终来自于“冷战”结束后国外同一领域的商业竞争。“上世纪 90
年代初，NASA 的一个领导去俄罗斯访问时，俄罗斯人给他看了一些俄罗斯地面资源卫星拍
摄的高分辨率图像，这些图像正在由俄罗斯向全世界公开售卖。据俄罗斯人说，图片的分辨
率大概是 2 米，这个分辨率相当高了。”肖特博士向本刊记者回忆，“他把图片带了回来，
NASA 把图片给我，上面照的是俄勒冈。在俄勒冈州立大学的帮助下，我去到实地，测绘发
现其分辨率的确达到了 2 米。这个消息接着传递到了 NASA 总部。从那以后，他们显然也
开始倾向于认为，如果这种分辨率的图片已经可以公开在市场上买到的话，军方也就没有理
由为自己对高分辨率图片保密的行为辩护了。”
另一方面，更强有力的冲击是以法国 Spot Image 公司为首的私有化卫星遥感图像公司
的兴起。“私有卫星图像覆盖的面积相对较小，但是分辨率很高，这是现有的 Landsat 卫星系
统所无法比拟的。”肖特博士说。
从 1 0 米到 米
Spot Image 公司成立于上世纪 80 年代，是世界上第一家把卫星影像商业化的公司。它
与中科院地球观测中心的合作机构——北京视宝卫星图像有限公司副总经理徐丽萍告诉本
刊记者，这其实是法国政府算的一笔政治账，能在美苏两个超级大国激烈竞争的领域占得一
席之地。“虽然美苏的太空发射技术、平台都更强，但在资源卫星这一块，没人能忘了法国。”
徐丽萍说。
Spot 公司成立之初是一家“红帽子企业”，法国宇航局控股 41%，负责卫星的研制发射，
而卫星上天后的维护，对卫星影像的后期处理应用，则由 Spot 公司来运营，自负盈亏。这
种商业模式被后来很多国家仿效。即使是现在全球最大的私有卫星影像公司，都没能完全脱
离政府和军方的扶持。Spot 公司有两套管理班子，总经理负责业务，而总裁负责公司发展
的宏观战略。因为政府控股，总裁一职一直都让毕业于法国政治学院的人出任，但行政官员
的能力在集团内部一度不被认可。直到 Spot 公司所有权归属完全的民营企业欧洲宇航防务
集团（EADS）后，法国政治学院的人出任总裁的惯例就被取消了。但政府仍然对公司的计
划“拥有一票否决权”。徐丽萍是在公司第二任总经理的邀请下加入 Spot 的。“这位总经理是
海军出身。他曾经放言等退休之后就去航海，让人们再也找不到。果然，他退休后，公司每
到 10 年庆都要请好多原来的员工回来，但就是找不到他。”徐丽萍对本刊记者说。
1986 年 2 月 22 日，Spot l 号卫星升空。它的图像技术指标是 10 米分辨率，60 公里幅
宽，相比之前 Landsat 7 卫星 15 米分辨率，180 公里幅宽，在图像的清晰度上有很大进步。
“分辨率和幅宽是卫星图像的两项重要指标，两者呈一种反向关系，分辨率的增加，一般会
导致幅宽相应减少，两者的增减则涉及非常复杂的技术和财务关系。”徐丽萍对本刊记者说。
Spot 卫星在各种相互制约的技术数据和市场需求之间找到了一个比较合适的公约数。一个
证明是，Spot 的卫星图像一直卖得非常好，美国军方也是它的客户之一，这无疑令法国人
非常自豪。商业和政治上的双重成功让法国宇航局在接下来的十几年又发射了 4 颗 Spot 卫
星，密集的发射速度甚至导致 Spot 1 非正常死亡。“Spot 系列卫星在设计之初，地面系统设
计的能力只能控制 3 颗卫星。每颗卫星的设计寿命只有几年，但大部分卫星在实际运营过程
中都非常长命，一直到 2002 年 5 月发射了 Spot 5，除了 Spot 3 已经失效，其他几颗卫星仍
然健在。”曾是中国遥感卫星地面站副研究员的周自宽告诉本刊记者。地面系统没有能力同时
控制 4 颗卫星，只好于 2003 年将 Spot l 打到坠毁轨道上。徐丽萍说，Spot 集团内部对每颗
卫星的感情都很深，他们呢称卫星为“Bird”，甚至是“My Baby”。让健康的“Baby”无疾而终，
不管从商业上还是情感上，都是一件痛心的事情。但新上天的 Spot 5 在一定程度上足以弥
补这种伤痛，它保持了 60 公里的幅宽，而分辨率提高到了 米。“在民用卫星影像的发展
史上，分辨率提高到 米是一个重要的节点。”中国测绘科学研究院研究员李学友对本刊记
者说。
实际上， 米并不是卫星的真实视力，而是倚靠数学计算。“Spot 5 上面有两台分辨率
为 5 米的相机，将两台相机的物理位置错开半个像素，但光轴完全重合，对一个地点做同时
拍摄，然后将两幅照片重叠做数学计算，可以得到一幅类似黑白影像的照片，这是比 5 米分
辨率的图像多出的信息，把这些信息叠加到一幅 5 米分辨率的图像上，就可以得到一幅
米分辨率的图像。”徐丽萍对本刊记者介绍。听起来是个简单的原理，但“一台相机的 CCD 的
物理尺寸已经大于半个像素，因此两台相机的位置如何摆放是关键，要经过一系列复杂的数
学运算才能实现”。这个天才的想法在当时还有一个现实意义是可以突破传输能力的极限。
“分辨率为 10 米的图像大小是 36 兆／幅，5 米的增加为 144 兆／幅， 米的则达到 576 兆
／幅。卫星以 7 秒／幅的速度不停回传，在当时的输送能力下，星地传输的压力太大了。”徐
丽萍说。但 Spot 5 实际回传的是两张 5 米分辨率的图像，这减少了一半的数据传输量。
模拟 米的分辨率让卫星图像的精度可以在没有地面控制点的前提下达到 15 米，制
图的比例可以达到 1：50000——这是我国地图的国家尺度，也是李学友认为 Spot 5 值得一
提的原因。我国从 1999 年按 1：50000 的尺度更新全国地图，用 4 年时间完成了大部分地区
的更新，但在西部西藏、新疆、青海、四川等地区，还有约 200 万平方公里的区域是 1：50000
比例尺地形图空白区。这片区域是人员难以到达的区域，传统的测绘方法需要大量的地面测
量工作。Spot 5 等卫星影像在图像精度上的突破使该地区的全面施测成为可能，因此国家测
绘局从 2006 年开始了西部测图工程，其主要数据源是以 Spot 5 为主的卫星遥感影像。
虽然民用卫星影像目前的分辨率逼近 米， 米已经是一个遥远的历史坐标，但直
到今天，“ 米的市场上，Spot 的图像也是价格最高的”，徐丽萍说。可是成功也懈怠了法国
人的脚步，他们甚至一度坚持一个观念—— 米分辨率对卫星图像市场来说才是最合适的。
自 2001 年以来，虽然研制更高分辨率的 Pleiades 卫星计划早就提上日程，但发射日期却一
推再推。法国人的判断“在 2005 年前都是对的”，北京东方道迩遥感事业部副总经理周自宽
评价说。2005 年后，1 米分辨率的卫星图像市场兴起，美国人迎头赶上了。
分辨率 1 米的竞争
“Spot 从 10 米到 米的突破，让美国政府看到了开放分辨率更高的民用卫星的可行
性。”周自宽对本刊记者说。1992 年，克林顿政府启动了 Land Remote Sensing Policy Act 计划。
这项计划的主旨是鼓励私人运营分辨率为 1 米的民用卫星。美国政府算的也是政治账。“政府
发射一颗间谍卫星，花费 20 亿美元。而商业卫星一般都是小体量，费用只需要几亿美元。
因此，让商业卫星作为军方卫星的补充，这一直都是美国支持发展军民服务卫星的核心思
路。”周自宽说。
开放分辨率为 l 米的民用卫星市场的消息传出，在代表资本的华尔街和代表技术的硅谷
都引起了巨大反响。“分辨率是卫星影像最重要的标准之一，每次分辨率的提高，都会引起市
场需求 30% - 50%的增加。”周自宽对本刊记者说。大量民间游资蜂拥而至。因为这个行业并
不同于普通的制造业，它需要的资金量和技术能力，都不是普通的财团足以支撑的。最后
有 3 家公司入局，开始了卫星图像发展史的“三国”时代。
第一家公司叫 Orbit Image，这是美国一家军工企业抽出一部分技术力量组建的公司。
一开始，命运并没有站在这边。Orbit Image 公司的卫星上天之路可谓曲折，甚至悲惨。第
二家公司叫 Space Image，它的技术力量最强，出资方有著名的导弹制造专家雷神公司、军
工大财阀洛克西德·马丁公司，还有日本三菱也参股了一小部分。第三家公司是 Worldview，
后来很快更名 Earth Watch。茌卫星影像的竞争长跑中，这家公司的表现最稳定。
三家公司都是 1992 年响应克林顿号召成立的。经过 5 年的研制，它们都在 1997 年发射
了自己的第一颗卫星，准备抢夺 1 米的市场。对一些尚未掌握如此高分辨率技术的国家的研
究人员，这也是他们可以目睹神秘的军方技术解密的机会。周自宽当时刚从学校毕业，进人
中国科学院遥感卫星地面接收站工作，才学会用互联网一年，也对这次民用卫星史上的大事
件充满了期待。“天天上网看，等卫星上天。”他对本刊记者说。但 1997 年，运气没有偏袒任
何一方，三家卫星上天后都如泥牛人海。首战告败后，三家公司并未气馁。继续埋头研发。
终于在 1999 年，Space Image 摘得头牌。它成功发射了 IKNOS 卫星，这是第一颗分辨率达
到 1 米的民用卫星。成功背后还有个惊险的插曲。“为了保险，通常卫星在制作时都分一正一
副两颗，一颗做测试，一颗正式发射。1999 年 4 月，Space Image 发射的第一颗其实也失败
了，他们经过调试，在 5 个月后成功发射了那颗备份的卫星。”周自宽对本刊记者说。在竞争
第一回合，Space Image 占尽上风。
反观另外两家公司，Earth Watch 建立之初，踌躇满志地公布了 4 颗卫星发射计划，两
颗 Early Bird 和两颗 QuickBird。先后发射 Early Bird l 和 Quick Bird 1，为了凸现分辨率的进
步，还打了个噱头“第一颗民用间谍卫星”。但两颗卫星都失败了，第一的名头和影像分辨
率 1 米的市场已然被 Space Image 抢去。为了市场竞争，这家公司只好调整第三颗卫星的发
射策略，将卫星从 600 公里的轨道高度降到 400 公里，将 Quick Bird 2 的分辨率从 l 米提高
到了 米。总算拿回了一个世界第一：第一颗分辨率在 1 米以下的民用遥感卫星。
Orbit Image 却延续着自己的坏运气。它的 Orbit 系列卫星，从 1997 到 2000 年，一共发
射了 3 颗，全部失败，不是遁入太空不知所终，就是和大气层摩擦坠毁。直到 2003 年，这
个公司制作了一颗 Orbit 3 的复制星，才终于完成了竞争对手在几年前就达成的任务。这一
次，Orbit Image 公司可谓孤注一掷，新的卫星带两个超光谱。现代天目的遥感工程师刘春
雨告诉本刊记者，如果把光谱具象化，比作一条长长的光带，波段就是这条光带上的分区，
分区的数量达到 50 个以上才能称为超光谱。靠阅读地面物体的反射波段成像的遥感卫星，
波段越多，对地面物体的阅读就越准确。普通遥感卫星一般只有 3-4 个波段。Orbit 4-共有 200
多个波段。但可惜的是，这颗卫星的全色（黑白）影像和彩色影像是分开获取的，在民用市
场上非常不受欢迎，主要客户还是只需要全色影像的军方。
如果把卫星上天作为第一阶段的话，很明显的胜者是 Space Image，而 Orbit 运气最衰，
上天速度最慢，对市场的判断又出现失误，它甚至在 2003 年左右就申请了破产保护。也是
在这一年，老东家对它彻底失望了，把这个常败将军剥离出集团，任其自生自灭。但不久美
国军方的一个新计划，却让 Orbit Image 绝处逢生。
NGA 的计划
2003 年，美国国家地理空间情报局（NGA）又出台了一个新计划，准备从提供卫星影
像的民用公司中选取两家，打造新一代民用卫星。这显然是用民用卫星做间谍卫星补充的策
略延续。NGA 将为这些公司提供制造卫星的费用。第二阶段的竞争开始了。
没有任何悬念，Space Image 首先进入政府扶持计划的视野，并开始了价格谈判。但 Space
Image 自恃功高，在价格上和 NGA 久拖不决，第一阶段竞争的中等生 Earth Watch 此时已经
更名为 Digital Globle（DGI）。它稳扎稳打，以中等的成绩和中等的价格，最先和 NGA 签约，
并获得了第一笔赞助 5 亿美元——这相当于研制一颗小型民用卫星的价格。虽然只剩一个名
额，Space Image 依然相信舍我其谁——自己的技术能力出众，而且剩下的一个名义上的竞
争对手已经奄奄一息，申请了破产保护，因此价格谈判上仍然坚持强硬立场。Orbit Image
终于等来了起死回生的机会。
这里要提一下 Orbit Image 的新总裁 Mathew O’Conell。因为专业性极强，卫星影像公司
的领导人大多都是技术出身，至少得懂些技术。但 Mathew 是个异类。周自宽所在的公司是
Orbit Image 的中方合作伙伴，他告诉本刊记者，入主 Orbit Image 之前，Mathew 的经历和卫
星完全不沾边：“他做过乡村音乐的乐队乐手，因此耳朵很强。与中国这边合作后，他开始
学中文，靠的只是上班路上、飞机飞行途中这些断续的时间，零零碎碎学了 7 个月，他就可
以用中文发表演讲。在进入 Orbit 公司前，他在华尔街做律师。”因此，在入行前，Mathew
几乎算是卫星领域完全的门外汉。但他的作为证明了，即使是在这个科学性很强的领域，企
业家精神和技术的力量相遇，前者的胜率还是要大一些。在 Space Image 和 NGA 谈判久拖
不决时，Mathew 以一个低价抢得了 NGA 计划的另一个名额。2005 年，Orbit Image 获得了
NGA 拨出的第二笔资金：4 亿美元。拿到这笔钱后，混迹华尔街多年，深谙资本市场力量
的 Mathew 立刻将 Orbit 上市，再用上市融得的资金，收购了骄傲的 Space Image。Space Image
的卖价是 5800 万美元，仅仅约为发射一颗卫星所资金的 1/10。
抢单一签约一拿钱一上市一收购对手，一连串动作都在一年多时间内完成。曾在科技竞
赛领域拔得头筹的 Space Image，被资本市场的外来者打败，从此失去了自己的名字。2006
年，Orbit Image 也改名为 Geoeye（GOI）。卫星影像公司三足鼎立的时代就此结束。这一阶
段竞争对目前民用卫星影像格局的影响是：诞生了两家民用卫星影像的超级大公司 GOI 和
DGI。它们在 2009 年的营业额都接近 3 亿美元，而最早进行商业化操作的法国 Spot 公司的
市场收入只有 1 亿多美元。由此可见分辨率是卫星影像的王牌。2010 年，Spot 也准备发射
由 3 颗更高分辨率的 Pleiades 卫星组成的星座。但此时遥感卫星的轨道上已经群雄并立，进
入战国时代，重新占据商业的高地可不容易了。
战国时代
Space Image 被收购后，最前沿的跑道上只剩下两名选手，但竞争并没有因此减弱。DGI
公司用第一笔 NGA 的赞助资金，于 2007 年 9 月发射了 Worldviewl 号卫星，在并未降低轨
道高度和幅宽的前提下（Worldview l 的轨道高度是 495 公里，幅宽 公里，比在三足鼎
立时代发射的 Quick Bird 还高 40 公里，幅宽多 1 公里）将分辨率提高到 米。而且它的
成像速度非常快。2008 年 7 月，为了表现自己超凡的快速拍摄能力，Worldview 1 卫星在 1
分钟内对北京天安门连续拍摄 24 次，每次成像的时间只有 2 秒。GOI 公司也不甘落后。他
们发射了 Geoeye-I，分辨率达到 米，这是目前世界上民用光学遥感卫星的视力极限。
这一阶段技术指标的提高，都是依靠卫星的硬件水平提高。李学友告诉本刊记者，卫星
上相机镜头的打磨不只是千锤百炼。“因为按照光学成像原理，镜头畸变要非常小，微米（千
分之一毫米）量级的畸变，对成像质量和精度都影响巨大，这对镜头的制造和检查工艺提出
了极高的要求。”而且镜头的大小也比早期增加了至少 1 倍。“早期卫星镜头的大小约 60 厘米，
现在已经增加到 米左右。普通的数码相机的 CCD 是面阵的，最高的像素大约是 2000 多
万。而卫星上因为需要的像素太高，已经无法做成面阵的，只能做成一条线。一个点是 13
微米乘以 13 微米，比如 Quick Bird 的 CCD 有 万个点，每张图片是 5 亿个像素，这样一
条线都做不下来，只能做几条线进行拼接。”周自宽说。
近几年高分辨率卫星在世界范围内层出不穷，虽然还没有出现在整体实力上与两家公司
抗衡的第三方，但各有看家本领，在细节上为卫星影像的进步拾遗补缺。德国 2009 年 2 月
发射的 Rapideye，一上天就气势恢弘，五星联发，在 360 度的轨道上呈 72 度间隔均匀分布。
“因此它的获取能力非常强。”李学友对本刊记者说，“一般卫星是一个镜头扫描式前进，
Rapideye 相当于扫描的频度是普通卫星的 5 倍。”这个星座在上天一年的时间里就获得了地
球表面 10 亿平方公里的影像数据，相当于地球表面的 7 倍。另一颗值得一提的卫星是意大
利的 COSMO 雷达卫星，这是为地球拍写真照的机器中的新品种，它可以在拍摄时不受天
气云层的影响。2008 年汶川地震后，第一幅送到温家宝手中的卫星影像，就是这颗卫星拍
摄的。当时由于震区的密集云层，以光波发射的光学成像卫星无法穿透云层。COSMO 雷达
卫星在 2008 年 5 月 12 日 19 - 20 点对中方的拍摄要求做出响应，并于第二天早上拍回了第
一幅汶川的照片。由于图像的体量太大，距离太远，最后由中方人员买机票，直接飞去意大
利取回。
徐丽萍地本刊记者说，在围绕地球运行的轨道上，600 - 800 公里的高度（一般高分辨
率遥感卫星的轨道高度），“像网一样，分布着好几百颗卫星”。经过几代政治家、企业家、科
学家为国家利益、商业利益、科技利益的血战铺垫过后，民众的卫星影像时代即将来临了。
前 Google Earth
说到让卫星影像最大限度地用之于民，第一个被提起的总是 Google Earth（GE）。但实
际上，Landsat 仍然是这个领域的先行者。到上个世纪 80 年代末 90 年代初，Landsat 系统通
过几代卫星更替，二十年如一日地不断向地面发回大量遥感影像，一个全球地表图片数据库
已经初具规模。而如何处理这些数据使其得到合理应用而不是躺在故纸堆里睡大觉，成为世
界各地数据管理技术研究者们的主要课题。“我们当时的主要任务之一就是设计可直接读出
数据分析结果的终端，使得全球各地的遥感图像使用者获得实时的天气数据。”曾担任 NASA
戈达德太空飞行中心应用信息科学部部长达 15 年之久的威廉·坎贝尔告诉本刊记者，“我们
已经在全球各地建造了好几处这种终端系统。而就在那时，大概是 90 年代早期，当时的美
国副总统戈尔向 NASA 提出，可否发展一颗卫星来连续不断地观看整个地球，并且任何能
够上网的人都能进行这种观看。”
这是戈尔 1998 年在洛杉矶的加利福尼亚科学中心所发表的公开演讲中提到的“数字地球”
的概念雏形。这个概念与今天我们看到的 GE 非常相近：一个自转的虚拟地球，与互联网连
接而获得大量本地地理数据，可随意选择观看点，并人为控制地球表面图像的放大或缩小，
等等。但是很显然这些并不一定要通过发射一颗新的卫星来实现，面对副总统的要求，NASA
给威廉·坎贝尔的指令是“设法找到一种替代方式来实现相似效果”。解决方案很简单：将储
存在不同地面系统中的卫星图像的数据进行集成处理即可。
威廉·坎贝尔带领他的团队做出了一个网页，将国界、地形、植被等地理信息逐步合成
到页面上转动的虚拟地球中去。将二维图片拼接出三维效果并不太难。“数字图像处理系统让
你可以自由地在不同的图像和地图间转换和叠加。我们知道所使用单幅影像数据的尺寸、经
度、纬度，也知道实际地球的尺度（前者对应到后者上实际可视作二维的），通过在两者之
间建立地理参考坐标点的方法，我们就能方便地拼接出一个三维的虚拟地球。”威廉·坎贝尔
向本刊记者解释，“而观看者的视觉效果取决于卫星图片本身的分辨率，比如 Landsat 一开始
的精度是 80 米，后来提高到 30 米和 15 米，而气象卫星拍摄的图片通常都是千米级。”
与后来的 GE 不同的是，威廉·坎贝尔团队设计的虚拟地球还整合进了实时的天气图像
信息，甚至南极上空臭氧层空洞变化的实时数据。威廉·坎贝尔告诉本刊记者：“这个地球不
仅能观看静态的地面景象，还可以通过旋转来观看全球气象变化的动态状况，而这也是这一
系统所碰见的最困难的技术问题之一。我们必须首先登录位于全球不同地点的地面站服务器，
传输实时气象图片数据到我们的电脑，拼接图像，完成全球覆盖，并保证图像叠加后地理位
置的准确性。另一大挑战是我们必须以网页的形式呈现结果。那可是在 90 年代，我们必须
克服那时的电脑和互联网发展水平的限制。”
1996 到 2000 年期间，这一命名为“从太空看地球”（Global View from Space）的虚拟系
统在互联网上 24 小时免费向全世界开放。“任何人都能够登录使用我们的系统，最高峰时每
月有 l 万多用户，3 年多大概累计用户几百万。”威廉·坎贝尔向本刊记者估算，“大多数用户来
自教育、军方、股票市场或电影电视娱乐行业。没有广告，系统的名声主要来自于那些好奇
的用户在我们网站上的探索和他们之间的口耳相传。我们当时联系过若干家其他国家的政府
网站以及几所世界知名大学的网站，据我所知，在那时，开发出这样一个虚拟地球系统的我
们算得上是独一无二。”
威廉·坎贝尔的设想是最终将“从太空看地球”系统变成一个世界范围内的地理信息搜索
引擎。“可惜这一项目仅靠我向 NASA 总部申请的卫星相关技术开发的研究经费的一小部分
来支撑，由于缺乏赞助资金，再没有机会来实现。”他说。“从太空看地球”上线时，Google 还
未诞生，而它关闭 5 年后，Google 顺理成章地接下了坎贝尔的设想的接力棒。
6 亿人在观看世界
GE 在回答本刊提出的采访问题时，提供了原创团队成员之一、软件工程师马克·奥宾
（Mark Aubin）有关诞生之路的回忆。奥宾回忆说：“谷歌地球的创意来自一个图片软件
Flipbook。（Flipbook 是一个非常不错的二维动画制作软件。简而言之就是动画书，而且有
1600 种颜色可供选择）1996 年，当我在美国硅图公司（SGI）工作的时候，那时 SGI 将要
发行一款硬件‘InfiniteReality’（无限真实），它被用于美国奥尼克斯工作站，可以让人们创制
具有格外真实质感的图像。在一次头脑风暴会议期间，有人传阅了一本由 Charles 和 Ray
Eames（夫妇）创作的叫做《Powers of ten》的书（书是根据 1978 年由 Charles 和 Ray Eames
拍摄的一部 10 分钟的短片改编的，书中记录了 42 张大小相差 10 倍的图片），并建议我们要
生产的样本可以像书里介绍的那样通过成像来发展。在讨论了一系列的可能性之后，我们决
定从外太空对整个地球的成像开始，然后一步一步接近，将成像放大。”
奥宾和伙伴们的实验从欧洲开始，“当可以看见日内瓦湖的时候，将注意力集中在阿尔卑
斯山的马特峰，之后慢慢下降，最后到达任天堂 64（任天堂公司开发的第三代家用电视游
戏机）的一个 3D 模型”。因为实验使用的是 SGI 设计的图像集成电路片。“放大到任天堂的
包装盒之后，我们将停留在印有我们（SGI）Logo 的集成电路片上。然后我们再慢慢缩小回
空间，直到再次看到整个地球。”奥宾回忆道。
这个样本叫做“从太空到你的脸”（Space-to-Your-Face）。当它在全世界范围展示了上千
遍之后，奥宾清楚地知道了人类对从这个角度观察世界非常感兴趣。在一个学校的讨论组上，
老师们居然从椅子上跳了起来，手指着屏幕上的地点，如同要飞越地球一样，狂喜地说：我
必须把这个用在我的教室里！
只过了几年，由于计算机和网络技术的发展，在全世界任何地方，通过在标准的个人
电脑上使用移动漫游技术，都能以足够快的速度传送高分辨率的图像。奥宾决定离开 SGI，
和其他一些人成立团队组建了 Keyhole，发行了第一款数字地球产品。2004 年 10 月，谷歌
收购了 Keyhole。2005 年 6 月，GE 诞生了。
看起来 GE 和以前 Keyhole 的产品在功能上没有太大的差别，只是界面做了调整，但有
两点重大不同：一是 Google 将最基本版本的 GE 定义为免费软件，可以不限时间自由使用，
这让 GE 拥有了 6 亿用户。这是一个让 GE 的首席技术执行官迈克尔·琼斯（Michael Jones）
也很吃惊的数字。“我喜欢 GE，但是我不知道有 6 亿人也喜欢。这是很大一部分人。我的办
公室里有一个地图，列了中国、印度、印尼，还有其他国家。在最下面是谷歌地球。这是人
数的列表。然后我们就要爬这个楼梯，来改变排名。现在我们已经是第三名了。现在是：中
国、印度、谷歌地球，其他的国家到下面去了。”GE 的另一个不同是它的数据库。琼斯也说
过，“收集数据是最困难的”。但 20 年的商业卫星发展史帮他们解决了一部分问题。“我们就买
照片。我们给商业卫星公司打电话，用信用卡付款，然后买到照片。而这种买照片的行为是
全世界政府都允许的。所以我们就可以避免那些法律上的、政治上的问题。”琼斯说。在 GE
的每幅地图下角，都可以看到一个或者几个卫星公司的名字：SPOT、GOI、DGI……这些商
战中的胜者，成为 GE 的主要数据源。
GE 将他们提供的影像做技术上并不高明的拼接，甚至很多图像还能看到粗糙的边界，
然后添加多层信息，比如国家边界，街道、学校、公园的名称等使图像更具实用性。这些信
息有多种来源：商业提供、当地政府机构、公共领域收集，私人、国家甚至各国政府。“现在，
‘谷歌地球’有上百亿万字节的地理数据，并且每天都在增长。这些数据还不包括大众为了提
高图像质量而建立的临时获得数据来源的项目。”奥宾说。谷歌已经能够在 140 多个国家提供
让用户自己贡献或者编辑地图内容的功能。用户甚至可以自己去画图，画道路、画河流、画
山都可以。这些地图完全是用户自己贡献的，琼斯说一年之内就已经收集到 5 亿个更改。网
友对观看真实世界的热情，甚至让一些国家的政府方担心有泄密的危险。
故事并没有结束。“一旦人们开始使用‘谷歌地球’，他们开始产生疑问。比如：为什么一
些图像很模糊，而另一些很清晰？”奥宾说，“是的，一些部分的图像仍然模糊。但在过去的
10 年中，从这个工程的建立开始，它的发展势头以指数增长。就个人而言，我已等不及想
看看，当我们把属于我们自己的‘Flipbook’翻向新的一页的时候，未来 10 年将发生什么。”
