建設(shè)“直播地球”系統(tǒng)，為人類***提供中國方案

編者按：楊元喜院士在《人民政協(xié)報》（2022年12月8日）發(fā)文指出：自主創(chuàng)新是原始創(chuàng)新的根基，沒有自主創(chuàng)新就沒有原始創(chuàng)。所有新跟隨式的“微創(chuàng)新”“模仿創(chuàng)新”都不是真正意義上的自主創(chuàng)新，也不會實現(xiàn)“原始創(chuàng)新”。當大家驚嘆于美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）“星鏈”計劃、“星盾”計劃的顛覆性創(chuàng)新,感慨人工智能的快速發(fā)展，沉浸于ChatGPT的強大作用時，常常疑問：中國科學家的顛覆性創(chuàng)新在哪里？難道我們只會跟在別人的后邊，循著別人指引的方向進行研究嗎？針對國際前沿難題，中國科學家如何破解？

摘要：

就***產(chǎn)業(yè)而言，***遙感和***通信、導航相比，***遙感規(guī)模和產(chǎn)值微不足道。***遙感如何進入普通人的生活，滿足全球80億人口消費級應用需求，成長為比肩***通信和導航的產(chǎn)業(yè)，已成為***技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國際性難題。本文研究了***遙感的發(fā)展及瓶頸，提出了***實時直播地球系統(tǒng)的理念，闡述了系統(tǒng)建設(shè)的重大需求和現(xiàn)實意義，提出了系統(tǒng)建設(shè)簡單建議，希望為***提出的人類***提供***遙感方面的中國方案。

人類正逐步走進太空時代，早從二十世紀五十年代末，美國、前蘇聯(lián)就圍繞窺視對方導彈發(fā)展等任務，著手發(fā)展***遙感系統(tǒng)。六十多年過去了，相關(guān)技術(shù)不斷完善，應用領(lǐng)域不斷擴大，***遙感系統(tǒng)對各國的軍事和經(jīng)濟發(fā)揮了越來越重大的作用。但是，與***通信、導航相比，***遙感離百姓應用的最后一公里問題還沒有解決，普通老百姓日常生活還不能直接應用。***遙感還處于傳統(tǒng)初級階段，即，靜態(tài)的***遙感1.0時代。產(chǎn)業(yè)方面，和***其他領(lǐng)域相比，***遙感規(guī)模和產(chǎn)值微不足道。據(jù)美國***產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布的2019年《***產(chǎn)業(yè)報告》，三大***產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值共2774億美元。其中，***通信1646億美元，占59%；定位導航1091億美元，占39%；***遙感37億美元，只占1.3%。

***遙感如何進入普通人的生活，滿足全球80億人口消費級應用需求，成長為比肩***通信和導航的產(chǎn)業(yè)，已成為***技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國際性難題。解決這一難題的思路是，建設(shè)全新一代遙感系統(tǒng)，以技術(shù)創(chuàng)新突破時效性差和建設(shè)成本高的瓶頸，以模式創(chuàng)新促進市場繁榮，讓***遙感進入動態(tài)的2.0時代，服務全球，為人類***提供中國方案。

當今居于大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)已成為與石油、煤炭、太陽能一樣資源。主席指出：大數(shù)據(jù)是工業(yè)社會的自由資源，誰掌握了數(shù)據(jù)，誰就掌握了主動權(quán)。IT（信息技術(shù)）在向DT（數(shù)據(jù)技術(shù)）轉(zhuǎn)型。技術(shù)方面，5G技術(shù)為大數(shù)據(jù)應用打通了通道，云計算、人工智能為大數(shù)據(jù)應用提供了工具；***方面，近期***機構(gòu)改革也要成立國家數(shù)據(jù)局，大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在騰飛。***遙感系統(tǒng)作為地理空間大數(shù)據(jù)的重要組成部分，已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。

一、全球***遙感系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

遙感技術(shù)蓬勃發(fā)展，2022年9月14日，我國教育部發(fā)布新版學科專業(yè)目錄，遙感科學與技術(shù)上升成為一級學科，標志著遙感科學與技術(shù)學科建設(shè)的重大突破。從遙感***在軌數(shù)量，也可看出全球***遙感發(fā)展較快。截止到2021年4月底，全球在軌活躍遙感***960顆，美國擁有的數(shù)量排名第一，數(shù)量為442顆；其次為中國，數(shù)量215顆；第三為日本，數(shù)量為35顆；俄羅斯、印度、歐盟數(shù)量都在15顆以上。遙感數(shù)據(jù)的需求和數(shù)量呈“爆炸式”增長，用戶數(shù)量急劇增加。但是，***遙感服務于大眾的最后一公里還沒有打通，主要表現(xiàn)為：系統(tǒng)時效性差，應急響應不及時，無法滿足突發(fā)事件發(fā)生后，第一時間快速獲取現(xiàn)場信息的需要；缺乏大規(guī)模***星座，沒有服務全球的能力；缺乏高效的共享平臺和應用模式，大量潛在的政府、企業(yè)和大眾用戶還得不到有效的***空間信息服務；商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展處于初步階段。急需建設(shè)全新一代系統(tǒng)，讓***遙感從傳統(tǒng)的靜態(tài)1.0時代，進入服務全民的***遙感2.0時代。

2022年12月2日，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）官網(wǎng)更新了最新的“星盾計劃（Starshield）”，最大特點是緊貼美軍作戰(zhàn)需求，將對地觀測作為主要任務之一，幫助美軍實現(xiàn)近乎全天候不間斷的偵察和監(jiān)視，強化美軍“非對稱”偵察監(jiān)視技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建“透明”戰(zhàn)場，打贏未來戰(zhàn)爭。俄羅斯《觀點報》網(wǎng)站2023年2月7日報道稱，俄版“星鏈”也在積極啟動。俄拉沃奇金科研生產(chǎn)聯(lián)合公司將為俄軍將打造全天候***偵察系統(tǒng)，以提高太空偵察能力，逆轉(zhuǎn)俄太空偵察困境。

二、“直播地球”系統(tǒng)理念

直播地球系統(tǒng)：使用由1000顆成像遙感***組成的巨型***星座，將地球上發(fā)生的自然和人為活動，進行24小時全天候直播。該系統(tǒng)可以滿足個人、商業(yè)機構(gòu)、國家經(jīng)濟、國防軍事的不同需求，服務于智慧生活、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市等領(lǐng)域，改變?nèi)祟惖纳罘绞胶凸ぷ髂Ｊ健＠纾罕O(jiān)視全球地物和目標的運動狀態(tài)，探測相關(guān)活動；監(jiān)視路網(wǎng)車流人流動態(tài)，檢測海上和空中目標運動狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)非法捕魚漁船或飛行器工作情況；監(jiān)視污染物（海洋油污染、大氣污染等）擴散情況，進行******；檢測云的運動狀態(tài)，監(jiān)視臺風的形成，進行精細氣象預報。

該系統(tǒng)突破時效性和建設(shè)成本兩大技術(shù)瓶頸，建成真正具備直播地球功能的新一代***遙感系統(tǒng)。按照任務驅(qū)動、動態(tài)重構(gòu)、按需服務、智能自主的要求，充分應用地理信息系統(tǒng)（GIS）、人工智能（AI）、虛擬現(xiàn)實（VR/AR）、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，建設(shè)以***提供的天基信息為主，融合多源信息的全球地理空間信息實時智能服務系統(tǒng)，提供全球、全天時、全天候的實時服務，滿足各類用戶的共性與個性化需求，服務全人類。

該系統(tǒng)匯集天基和地基各類信息資源，實時在線生成各類信息產(chǎn)品，讓***遙感數(shù)據(jù)服務像GPS一樣普及，為政府、行業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)應用和信息服務。系統(tǒng)增加了連續(xù)的時間維，可以記錄整個地球人類和自然活動的完整歷史，主要特點包括：

***數(shù)量劇增，從傳統(tǒng)星座幾顆、幾十顆增加到1000顆巨型組網(wǎng)；

核心技術(shù)從靜態(tài)遙感躍升為動態(tài)遙感，實現(xiàn)24小時連續(xù)實時觀測地球；

服務范圍從局部到全球；

應用對象從國防、政府部門到服務全民，大眾級消費；

系統(tǒng)建設(shè)從以***系統(tǒng)為核心到海量用戶云服務為核心，每顆***只是整個系統(tǒng)的一個傳感器探測端；

地面系統(tǒng)完全不同于傳統(tǒng)的***地面應用系統(tǒng)。量體裁衣，不同特點的用戶應用各自的APP，其設(shè)計參照大眾應用的***導航軟件。

運營模式從公益到完全市場化；

技術(shù)創(chuàng)新從跟跑、追趕到完全自主性技術(shù)引領(lǐng)。

三、重大需求和現(xiàn)實意義

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類活動的范圍不斷擴展，從陸地逐步發(fā)展到海洋、空中乃至外層空間，太空已經(jīng)成為事關(guān)國家安全的高邊疆，也是世界大國在科學技術(shù)、國防、經(jīng)濟等領(lǐng)域競逐優(yōu)勢的新戰(zhàn)場。***指出：“必須推動空間科學、空間技術(shù)、空間應用全面發(fā)展?！毙乱淮?**遙感系統(tǒng)定位于“體現(xiàn)國家意志，實現(xiàn)國家使命，代表國家水平”，為構(gòu)建人類***提供“中國方案”。這既是我國搶占太空資源，占領(lǐng)太空高邊疆，競逐國際戰(zhàn)略制高點的重大機遇，也是我國航天事業(yè)做大做強，推進大眾化應用的迫切需求。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，為構(gòu)建人類***提供“中國方案”。該系統(tǒng)是一個全球地理空間信息系統(tǒng)，服務全人類，提供全球全天時全天候廣域?qū)崟r服務，滿足各類用戶的共性與個性化需求。該系統(tǒng)具備智能化服務的功能，為人類更好地了解和管理地球提供根本性、全局性、長期性的技術(shù)保障。該系統(tǒng)向全球免費提供數(shù)據(jù)服務，可以拓展中國***，為***從“***”到“人類***”的戰(zhàn)略構(gòu)想提供技術(shù)和資源保障。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，確保國家戰(zhàn)略安全。當今，國家邊疆的概念在戰(zhàn)略上已經(jīng)從陸地延伸到遠海、深空，太空已經(jīng)成為事關(guān)國家戰(zhàn)略安全的關(guān)鍵疆域，在太空軌道上運行的各類***已成為國家的重要戰(zhàn)略資產(chǎn)和安全屏障。2015年，我國發(fā)布了《中國軍事戰(zhàn)略國防白皮書》，將太空列入到四項安全戰(zhàn)略之一。國家領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空的安全需要全球?qū)崟r天基信息的支持。要想保障我國戰(zhàn)略安全，首先必須掌握戰(zhàn)略制高點，即制信息權(quán)，勢迫切需要我國建設(shè)完善全球?qū)崟r天基智能信息系統(tǒng)。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，搶占太空資源和太空技術(shù)戰(zhàn)略制高點。近年來，太空資源已經(jīng)成為大國國力競爭的前沿，太空資源的爭奪非常激烈。按照國際電聯(lián)的規(guī)則，先占先登，誰先占據(jù)，誰先注冊，誰就可以先登上，先登記，先占領(lǐng)。美國已經(jīng)搶先占領(lǐng)了大量的太空資源，目前一些中小國家也參與進來，搶占太空資源。僅就美國而言，SpaceX的星鏈星座計劃準備將總計42000顆***送入近地軌道；OneWeb計劃發(fā)射648顆***。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，打通天基遙感信息服務大眾的最后一公里。目前，從全球來看，盡管商業(yè)航天的旅程已經(jīng)開啟，但是天基遙感信息只是服務于政府、國防以及企業(yè)，服務大眾的最后一公里還沒有打通，消費級應用等瓶頸問題仍未解決。目前，低成本高性能***量產(chǎn)能力依然有限，巨型星座部署尚未全面開啟，部分商業(yè)模式仍需市場驗證，面向天地一體化應用場景的解決方案有待普及。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，推動形成我國天基信息商業(yè)化大眾服務格局是當前需要解決的核心問題。該系統(tǒng)遵循“融入人民生活，推動文明進步”的理念，采用巨型***星座和完全創(chuàng)新的地面設(shè)計，將是人類歷史上的第一次真正的直播地球。同時，為中國自己的數(shù)字地球提供實時數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)建設(shè)的幾點建議

在當今的國際環(huán)境下，對于中國這樣一個具有較高航天技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在國際和本地區(qū)擁有重大安全利益和責任的大國，發(fā)展巨型遙感***星座系統(tǒng)需求迫切。這既是維護國家安全、確保太空競爭優(yōu)勢、占領(lǐng)技術(shù)制高點、提升國防和經(jīng)濟社會綜合實力的國家重大戰(zhàn)略，也是我們?yōu)槿蛉祟愖龀龅闹卮筘暙I。

時不我待，只爭朝夕。美國SPACE-X公司在商業(yè)上的巨大成功，以及其“星鏈計劃”4.2萬顆***的逐步實施，標志著一個新的航天時代的來臨。美國雄厚的技術(shù)和經(jīng)濟基礎(chǔ)，政府部門軍隊的支持，疊加商業(yè)的靈活和金融的加持，SPACE-X這一創(chuàng)新的列車，已經(jīng)飛馳。時間緊迫，我們必須抓住機會，只爭朝夕，盡快行動，爭取讓我們的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品盡早全球應用，占據(jù)同類服務的領(lǐng)先位置，取得先機。

政府引導，專項推進。政府有政策引導，商業(yè)公司就會跟進，資本也會以跟進，將會形成航天工業(yè)和航天技術(shù)發(fā)展的正循環(huán)。希望國家建立專門機構(gòu)，專項推進，有效統(tǒng)領(lǐng)研制建設(shè)工作。具體工作包括：開展技術(shù)、政策、***機制、商業(yè)模式等方面的研究，既能應用全球先進技術(shù)成果，又可打破現(xiàn)有***機制禁錮，使系統(tǒng)可持續(xù)良性發(fā)展；開展直播地球和***規(guī)模生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)研究，做出引領(lǐng)性、原創(chuàng)性的科學貢獻。

科學規(guī)劃，循序漸進。第一步，2024-2026年，投入50億元人民幣，發(fā)射100顆低軌遙感光學***，服務中國及“***”需求，在我國周邊能實現(xiàn)10分鐘的重訪時間。第二步，2027-2030年，投入150億元人民幣，全球組網(wǎng)。發(fā)射900顆遙感***，其中光學***800顆，雷達***100顆，可以準實時對全球進行觀測，直播地球，為全球提供免費數(shù)據(jù)，為全球80億人提供服務，為我國創(chuàng)造萬億元以上的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也為中國地理信息企業(yè)走出去創(chuàng)造平臺。

***創(chuàng)新，合作共贏。積極借鑒國內(nèi)外商業(yè)公司（特別是SPACE-X）的成功經(jīng)驗，打造一個創(chuàng)新性商業(yè)平臺。在政府的主導和推動下，適時調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)權(quán)和管理結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新運行模式，最終通過***融資實現(xiàn)自主可持續(xù)發(fā)展。