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为支援河南暴雨灾区救援 中国航空航天出动这些力量

为支援河南暴雨灾区救援 中国航空航天出动这些力量
2021年07月26日 10:41 观察者网
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  [文/ 观察者网专栏作者 石豪]

  2021年7月17日以来,河南省大部地区出现特大暴雨的极端天气,郑州市多个气象站日降水量均超过有记录以来的最大值,尤其是在7月20日16时至17时,仅一小时内降水量就达201.9mm,相当于全市年均降水量的三分之一。

  在这一个小时内,下足了全年4个月的雨,根据网友估算,这相当于150个西湖的总水量直接灌入郑州城。突如其来的天灾造成了人员伤亡和财产损失,有的乡镇道路、电力,通信全部中断,形势危急。

  图片来源:河南省气象台

  灾情就是命令,灾区就是战场。关键时刻,航空航天力量迅速行动,一批先进装备迅速投入救灾,发挥了重大作用。

  翼龙:空中的生命线

  7月21日晚上,遭受暴雨洪水袭击,通信完全中断的巩义市米河镇群众,收到了一条特殊的短信:

  翼龙无人机的短信 | 图片来源:航空工业

  这是应急管理部的翼龙-2H救灾无人机从灾区上空通过机载移动公网通信设备发出的。翼龙-2H无人机7月21日14时22分从贵州安顺机场起飞,经过4个小时的长途飞行,于当日18时21分进入米河镇通信中断地区。

  翼龙-2H无人机航迹 | 图片来源:航空工业

  至当日20时,在短短1小时39分钟内,翼龙无人机装备的空中基站就接通了2572个用户,单次最大接入648个,产生1089.89M流量,让灾区人民与救援力量取得联系,并为无数受灾群众的亲人带去了平安的消息。

  这,就是空中生命线。连通这条生命线的英雄,是这架翼龙-2H应急救灾型无人机:

  翼龙-2H应急救灾型无人机 | 图片来源:航空工业

  脱胎于成飞研制的翼龙-2查打一体无人机,翼龙-2H褪去了战袍,换上了一身救援装备。除了公网移动通信基站以外,翼龙-2H还配备了光电探测吊舱、合成孔径雷达、航拍CCD相机等航空遥感设备,在恢复灾区通信的同时,还获得了大量灾区遥感图像。

  翼龙-2H获取的受灾地区遥感图像 | 图片来源:航空工业

  曾经是查打一体的虎将,现在是通信遥感一肩挑的勇士。铸剑为犁并不是神迹,武器装备关键看是谁在用——在帝国主义者手里,无人机是屠杀平民的刽子手;在我们手里,无人机是灾区人民的守护神。

  同样是无人机,差别怎么那么大? | 图片来源见水印

  天眼:时刻监测灾情

  灾情面前,中国“天眼”阅尽环球凉热,持续为防灾救灾贡献力量。

  经过多年发展,我们的“太空基建”已经初步成型,“天眼”们的数量与成像质量都在大踏步地向世界领先水平看齐。从灾害发生到获取灾区遥感数据,“天眼”的响应时间已经大大缩短。我们既有在地球静止轨道的高分四号、风云四号等卫星,可以实时凝视灾区;也有低轨道的高分三号、高分六号等卫星,能够在不同的波段获取灾区的高分辨率图像。

  气象卫星首先挺身而出。作为我国气象预报,特别是台风监测的主力军,风云四号系列卫星在这次极端天气的预报中发挥了关键作用。利用地球静止轨道的优势,已投入使用的风云四号A星对暴雨的“罪魁祸首”——台风“烟花”进行了持续监测,并对河南灾区进行了重点观测。处于在轨测试阶段的风云四号B星也积极响应,对河南省的雨势雨情变化进行连续观测。

  风云四号A星 | 图片来源:国家气象局

  风云四号A星红外增强图像(7月21日3:00至9:00) | 图片来源:中国航天科技集团

  另一方面,对于高分辨率遥感卫星,现在是任务最繁重的时候。“天眼”的总调度室——中国资源卫星应用中心持续调兵遣将,就近安排卫星对灾区进行高密度成像。这些遥感数据是最可靠的一手情报,正在源源不断地向救灾指挥部和相关单位提供。

  高分三号卫星获取影像,可见郑州北侧黄河北岸部分被淹 | 图片来源:中国航天科技集团

  宽幅覆盖的气象卫星与高分辨率的遥感卫星配合,高轨卫星与低轨卫星协作,中国天眼向灾害打出组合拳,不断为救灾提供方向指引,更为灾后重建保驾护航。

  未来:我们能做更多

  在看到翼龙-2H支援灾区通信的时候,不止一位朋友提出了这样的问题:如果现在灾区有SpaceX的星链,我们是否可以不用担心通信中断?

  毕竟,翼龙一个起落只能在灾区滞空几个小时,而且恢复的主要是电话和短信。从7月21日18:21进入米河镇通信中断区到20:00,灾区产生的流量是1089.89M,如果是兆字节(MB, MegaByte),那以SpaceX星链的速度,可以在几分钟之内传送完,保证互联网的畅通。

  星链卫星在夜空中 | 图片来源:Space.com

  但现实并不乐观。星链这种提供互联网接入服务的低轨道星座,往往需要一个地面相控阵天线作为接收端,SpaceX的解决方案是一个直径接近60cm的圆盘。

  图片来源:Theverge.com

  这是一个高度集成化的相控阵天线,但依然有相当的大小,在发生严重自然灾害的时候不方便逃生携带。而且为了获得更好的通信环境,这种天线往往固定安装在开阔地带建筑物或房车的顶部,且不说紧急时刻的拆卸,对于通信设施建设完善的城市,多少人会不顾高楼大厦的遮挡选择卫星通信,也很成问题。

  并且根据测评,星链天线采用市电供电,功率100W左右。在电网因灾害瘫痪的情况下,只能依靠电动车或燃油发电机,用电的苛刻度远超手机。

  因此,星链和现有的卫星通信保障车类似,有条件用星链的时候,通信保障车也差不多可以抵达灾区了。

  而卫星手机、导航卫星系统的特色短报文通信服务,都需要特殊的终端天线,日常使用的手机也是力不从心的。究其原因,还是普通手机天线的设计和增益达不到与卫星通信的要求——灾害并不是我们的日常,没有这个需求,自然不需要设计。因此这些设备只在野外工作者、海员和户外运动爱好者等群体中流行。

  我国的天通卫星手机 | 图片来源:共青团中央

  值得航空航天工作者思考的是:在未来的应急通信体系中,是否可以依靠无人机和低轨卫星,使一般的手机不需要额外配件也能与外界取得联系,实现灾害面前全天候无死角不失联?

  另一方面,尽管我们的“天眼”已经可以在很短时间内响应灾害监测,但能够清楚观测灾区的时间段依然是不连续的,常常是这颗卫星成像完,过一段时间才有另一颗卫星过境。能长时间盯着灾区看的卫星还是高分四号等地球静止轨道卫星,空间分辨率和低轨卫星相比存在差距。

  高分四号卫星 | 图片来源:新华网

  值得航空航天工作者思考的是:在未来的遥感卫星体系中,是否可以通过不同轨道卫星的统筹设计、协同工作,实现对受灾地区的高分辨率持续性监测。让高分数据不再离散,让救灾指挥中枢的等待时间无限趋近于零,要光学图像有光学图像,要雷达图像有雷达图像。

  更进一步地,有没有可能通过一套天基系统,实现应急通信与高时空分辨率遥感的结合,解决救灾无人机飞行易受天气影响的问题。不管是通信还是遥感,要实现更高的目标都不容易,需要飞机和卫星配合,需要航空和航天形成一个大系统,更需要有理论性、系统性、颠覆性的创新。

  前路漫漫,但航空航天工作者造福人民的初心不改,能做的还可以更多。共同努力,必有突破。

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