建设“直播地球”系统，为人类命运共同体提供中国方案

建设“直播地球”系统，为人类命运共同体提供中国方案

编者按：杨元喜院士在《人民政协报》（2022年12月8日）发文指出：自主创新是原始创新的根基，没有自主创新就没有原始创。所有新跟随式的“微创新”“模仿创新”都不是真正意义上的自主创新，也不会实现“原始创新”。当大家惊叹于美国太空探索技术公司（SpaceX）“星链”计划、“星盾”计划的颠覆性创新,感慨人工智能的快速发展，沉浸于ChatGPT的强大作用时，常常疑问：中国科学家的颠覆性创新在哪里？难道我们只会跟在别人的后边，循着别人指引的方向进行研究吗？针对国际前沿难题，中国科学家如何破解？

摘要：

就卫星产业而言，卫星遥感和卫星通信、导航相比，卫星遥感规模和产值微不足道。卫星遥感如何进入普通人的生活，满足全球80亿人口消费级应用需求，成长为比肩卫星通信和导航的产业，已成为卫星技术和产业发展的国际性难题。本文研究了卫星遥感的发展及瓶颈，提出了卫星实时直播地球系统的理念，阐述了系统建设的重大需求和现实意义，提出了系统建设简单建议，希望为习主席提出的人类命运共同体提供卫星遥感方面的中国方案。

人类正逐步走进太空时代，早从二十世纪五十年代末，美国、前苏联就围绕窥视对方导弹发展等任务，着手发展卫星遥感系统。六十多年过去了，相关技术不断完善，应用领域不断扩大，卫星遥感系统对各国的军事和经济发挥了越来越重大的作用。但是，与卫星通信、导航相比，卫星遥感离百姓应用的最后一公里问题还没有解决，普通老百姓日常生活还不能直接应用。卫星遥感还处于传统初级阶段，即，静态的卫星遥感1.0时代。产业方面，和卫星其他领域相比，卫星遥感规模和产值微不足道。据美国卫星产业协会发布的2019年《卫星产业报告》，三大卫星产业产值共2774亿美元。其中，卫星通信1646亿美元，占59%；定位导航1091亿美元，占39%；卫星遥感37亿美元，只占1.3%。

卫星遥感如何进入普通人的生活，满足全球80亿人口消费级应用需求，成长为比肩卫星通信和导航的产业，已成为卫星技术和产业发展的国际性难题。解决这一难题的思路是，建设全新一代遥感系统，以技术创新突破时效性差和建设成本高的瓶颈，以模式创新促进市场繁荣，让卫星遥感进入动态的2.0时代，服务全球，为人类命运共同体提供中国方案。

当今居于大数据时代，数据已成为与石油、煤炭、太阳能一样资源。主席指出：大数据是工业社会的自由资源，谁掌握了数据，谁就掌握了主动权。IT（信息技术）在向DT（数据技术）转型。技术方面，5G技术为大数据应用打通了通道，云计算、人工智能为大数据应用提供了工具；体制方面，近期国务院机构改革也要成立国家数据局，大数据技术产业正在腾飞。卫星遥感系统作为地理空间大数据的重要组成部分，已经成为大数据产业的基础设施。

一、全球卫星遥感系统的现状及问题

遥感技术蓬勃发展，2022年9月14日，我国教育部发布新版学科专业目录，遥感科学与技术上升成为一级学科，标志着遥感科学与技术学科建设的重大突破。从遥感卫星在轨数量，也可看出全球卫星遥感发展较快。截止到2021年4月底，全球在轨活跃遥感卫星960颗，美国拥有的数量排名第一，数量为442颗；其次为中国，数量215颗；第三为日本，数量为35颗；俄罗斯、印度、欧盟数量都在15颗以上。遥感数据的需求和数量呈“爆炸式”增长，用户数量急剧增加。但是，卫星遥感服务于大众的最后一公里还没有打通，主要表现为：系统时效性差，应急响应不及时，无法满足突发事件发生后，第一时间快速获取现场信息的需要；缺乏大规模卫星星座，没有服务全球的能力；缺乏高效的共享平台和应用模式，大量潜在的政府、企业和大众用户还得不到有效的卫星空间信息服务；商业化、产业化发展处于初步阶段。急需建设全新一代系统，让卫星遥感从传统的静态1.0时代，进入服务全民的卫星遥感2.0时代。

2022年12月2日，美国太空探索技术公司（SpaceX）官网更新了最新的“星盾计划（Starshield）”，最大特点是紧贴美军作战需求，将对地观测作为主要任务之一，帮助美军实现近乎全天候不间断的侦察和监视，强化美军“非对称”侦察监视技术优势，构建“透明”战场，打赢未来战争。俄罗斯《观点报》网站2023年2月7日报道称，俄版“星链”也在积极启动。俄拉沃奇金科研生产联合公司将为俄军将打造全天候卫星侦察系统，以提高太空侦察能力，逆转俄太空侦察困境。

二、“直播地球”系统理念

直播地球系统：使用由1000颗成像遥感卫星组成的巨型卫星星座，将地球上发生的自然和人为活动，进行24小时全天候直播。该系统可以满足个人、商业机构、国家经济、国防军事的不同需求，服务于智慧生活、智慧农业、智慧城市等领域，改变人类的生活方式和工作模式。例如：监视全球地物和目标的运动状态，探测相关活动；监视路网车流人流动态，检测海上和空中目标运动状态，及时发现非法捕鱼渔船或飞行器工作情况；监视污染物（海洋油污染、大气污染等）扩散情况，进行环保执法；检测云的运动状态，监视台风的形成，进行精细气象预报。

该系统突破时效性和建设成本两大技术瓶颈，建成真正具备直播地球功能的新一代卫星遥感系统。按照任务驱动、动态重构、按需服务、智能自主的要求，充分应用地理信息系统（GIS）、人工智能（AI）、虚拟现实（VR/AR）、大数据、云计算等技术，建设以卫星提供的天基信息为主，融合多源信息的全球地理空间信息实时智能服务系统，提供全球、全天时、全天候的实时服务，满足各类用户的共性与个性化需求，服务全人类。

该系统汇集天基和地基各类信息资源，实时在线生成各类信息产品，让卫星遥感数据服务像GPS一样普及，为政府、行业和商业等领域提供数据应用和信息服务。系统增加了连续的时间维，可以记录整个地球人类和自然活动的完整历史，主要特点包括：

卫星数量剧增，从传统星座几颗、几十颗增加到1000颗巨型组网；

核心技术从静态遥感跃升为动态遥感，实现24小时连续实时观测地球；

服务范围从局部到全球；

应用对象从国防、政府部门到服务全民，大众级消费；

系统建设从以卫星系统为核心到海量用户云服务为核心，每颗卫星只是整个系统的一个传感器探测端；

地面系统完全不同于传统的卫星地面应用系统。量体裁衣，不同特点的用户应用各自的APP，其设计参照大众应用的卫星导航软件。

运营模式从公益到完全市场化；

技术创新从跟跑、追赶到完全自主性技术引领。

三、重大需求和现实意义

随着科学技术的发展，人类活动的范围不断扩展，从陆地逐步发展到海洋、空中乃至外层空间，太空已经成为事关国家安全的高边疆，也是世界大国在科学技术、国防、经济等领域竞逐优势的新战场。习主席指出：“必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。”新一代全球卫星遥感系统定位于“体现国家意志，实现国家使命，代表国家水平”，为构建人类命运共同体提供“中国方案”。这既是我国抢占太空资源，占领太空高边疆，竞逐国际战略制高点的重大机遇，也是我国航天事业做大做强，推进大众化应用的迫切需求。

建设新一代全球卫星遥感系统，为构建人类命运共同体提供“中国方案”。该系统是一个全球地理空间信息系统，服务全人类，提供全球全天时全天候广域实时服务，满足各类用户的共性与个性化需求。该系统具备智能化服务的功能，为人类更好地了解和管理地球提供根本性、全局性、长期性的技术保障。该系统向全球免费提供数据服务，可以拓展中国影响，为习主席从“一带一路”到“人类命运共同体”的战略构想提供技术和资源保障。

建设新一代全球卫星遥感系统，确保国家战略安全。当今，国家边疆的概念在战略上已经从陆地延伸到远海、深空，太空已经成为事关国家战略安全的关键疆域，在太空轨道上运行的各类卫星已成为国家的重要战略资产和安全屏障。2015年，我国发布了《中国军事战略国防白皮书》，将太空列入到四项安全战略之一。国家领土、领海和领空的安全需要全球实时天基信息的支持。要想保障我国战略安全，首先必须掌握战略制高点，即制信息权，势迫切需要我国建设完善全球实时天基智能信息系统。

建设新一代全球卫星遥感系统，抢占太空资源和太空技术战略制高点。近年来，太空资源已经成为大国国力竞争的前沿，太空资源的争夺非常激烈。按照国际电联的规则，先占先登，谁先占据，谁先注册，谁就可以先登上，先登记，先占领。美国已经抢先占领了大量的太空资源，目前一些中小国家也参与进来，抢占太空资源。仅就美国而言，SpaceX的星链星座计划准备将总计42000颗卫星送入近地轨道；OneWeb计划发射648颗卫星。

建设新一代全球卫星遥感系统，打通天基遥感信息服务大众的最后一公里。目前，从全球来看，尽管商业航天的旅程已经开启，但是天基遥感信息只是服务于政府、国防以及企业，服务大众的最后一公里还没有打通，消费级应用等瓶颈问题仍未解决。目前，低成本高性能卫星量产能力依然有限，巨型星座部署尚未全面开启，部分商业模式仍需市场验证，面向天地一体化应用场景的解决方案有待普及。

建设新一代全球卫星遥感系统，推动形成我国天基信息商业化大众服务格局是当前需要解决的核心问题。该系统遵循“融入人民生活，推动文明进步”的理念，采用巨型卫星星座和完全创新的地面设计，将是人类历史上的第一次真正的直播地球。同时，为中国自己的数字地球提供实时数据。

四、系统建设的几点建议

在当今的国际环境下，对于中国这样一个具有较高航天技术水平和产业基础，在国际和本地区拥有重大安全利益和责任的大国，发展巨型遥感卫星星座系统需求迫切。这既是维护国家安全、确保太空竞争优势、占领技术制高点、提升国防和经济社会综合实力的国家重大战略，也是我们为全球人类做出的重大贡献。

时不我待，只争朝夕。美国SPACE-X公司在商业上的巨大成功，以及其“星链计划”4.2万颗卫星的逐步实施，标志着一个新的航天时代的来临。美国雄厚的技术和经济基础，政府部门军队的支持，叠加商业的灵活和金融的加持，SPACE-X这一创新的列车，已经飞驰。时间紧迫，我们必须抓住机会，只争朝夕，尽快行动，争取让我们的数据和产品尽早全球应用，占据同类服务的领先位置，取得先机。

政府引导，专项推进。政府有政策引导，商业公司就会跟进，资本也会以跟进，将会形成航天工业和航天技术发展的正循环。希望国家建立专门机构，专项推进，有效统领研制建设工作。具体工作包括：开展技术、政策、体制机制、商业模式等方面的研究，既能应用全球先进技术成果，又可打破现有体制机制禁锢，使系统可持续良性发展；开展直播地球和卫星规模生产等关键技术研究，做出引领性、原创性的科学贡献。

科学规划，循序渐进。第一步，2024-2026年，投入50亿元人民币，发射100颗低轨遥感光学卫星，服务中国及“一带一路”需求，在我国周边能实现10分钟的重访时间。第二步，2027-2030年，投入150亿元人民币，全球组网。发射900颗遥感卫星，其中光学卫星800颗，雷达卫星100颗，可以准实时对全球进行观测，直播地球，为全球提供免费数据，为全球80亿人提供服务，为我国创造万亿元以上的高新技术产业，也为中国地理信息企业走出去创造平台。

体制创新，合作共赢。积极借鉴国内外商业公司（特别是SPACE-X）的成功经验，打造一个创新性商业平台。在政府的主导和推动下，适时调整优化产权和管理结构，创新运行模式，最终通过资本市场融资实现自主可持续发展。