太空技术助力地球生命

卫星收集的关于我们星球的大量数据，有助于解决地球上的诸多问题。例如，遥感技术可用于探测环境变化，卫星通信能辅助远程服务和自然灾害管理，载人航天则推动了我们对医学的理解。

欧洲航天局（ESA）基础活动中的 “发现” 项目，支持了多项关于如何将空间技术应用于解决地球相关挑战的研究。本文聚焦于三个此类应用 —— 预测自然灾害、监测海洋塑料垃圾以及助力自主航运。

预测自然灾害

据统计，每年全球平均有 4.5 万人死于自然灾害。它们影响了人们的生活质量，造成了数十亿美元的经济损失。令人担忧的是，由于城市化进程加快和极端天气事件增多，灾害的影响可能会变得更严重。

及时预测自然灾害有助于拯救生命并减少对经济的影响。过去，预测此类灾害十分困难，但卫星能够提供新信息，使得快速且协调地采取行动变得容易得多。

为实现这一目标，欧空局 “发现” 项目支持了多项研究，探索如何利用卫星数据准确预测自然灾害。

首个研究之一由一个工作组开展，该工作组由世界各地航天局的代表组成，由欧空局设立，旨在研究全球灾害热点地区。该小组的长期愿景是各航天局协调资源，以便利用地球观测数据预测各类自然灾害。该研究探讨了应开发哪些空间技术来实现这一目标。

在这项调查之后，另一项研究探索了如何将地球观测数据与计算技术的进步相结合，以改进自然灾害预测。该研究提出的想法主要集中在基于云的基础设施上，特别是对大量数据的半自动处理。

更具体的研究着眼于如何利用现有卫星数据分析南部非洲的干旱情况以及研究印度尼西亚的构造过程。印度尼西亚经常发生火山喷发和地震。以马拉皮火山为例，一场可能危及 110 万人的大规模喷发早该发生，这凸显了自然灾害预测的必要性。通过将合成孔径雷达干涉测量（一种基于雷达的技术）与全球导航系统相结合，空间技术可用于长期监测地面运动。

除了帮助预测灾害，卫星还能支持应急响应工作。一项研究提出了一组卫星，将地球观测与卫星通信相结合，在灾害发生时提供实时响应服务。另一项研究整合了公共和私人资源，就共识机制达成一致，以减少混乱并增强对自然灾害关键决策信息的信任。

监测海洋垃圾

每年约有 1300 万吨塑料进入海洋。其中大部分沉入海底，但仍有一些漂浮在海面。从那里，它们可能会被冲到海岸线上，不仅影响野生动物，还会波及沿海社区、旅游业和食物链。

从地球表面监测这些塑料非常困难，因为无法同时观测到大面积的海面。但遥感技术，包括卫星遥感，可能会改变我们监测塑料垃圾的能力，“发现与准备” 项目正在支持相关研究，以探寻最佳监测方法。

目前，来自太空的测量数据已被间接用于应对海洋垃圾问题。例如，洋流地图可以告诉我们塑料可能流向何处，从而推算出全球大致的大规模塑料聚集区域，如大太平洋垃圾带。

但还有很大的提升空间。2019 年，欧空局的 “发现” 项目通过开放空间创新平台（OSIP）发起了创意征集，产生了大量利用遥感技术探测和监测海洋垃圾污染的创新想法。

此次创意征集后资助的活动，探索了遥感技术，特别是卫星遥感，如何帮助我们探测和监测海洋塑料。研究分析了这个复杂问题的各个方面，从监测平台（飞机、无人机、卫星）到特定传感器，再到通过模拟预测垃圾在海洋中的移动。

这些活动为一个蓬勃发展的研究群体奠定了基础，提升了欧洲在这一新兴研究领域的能力，展示了在不同观测场景下利用现有技术可以实现的成果，以及要进一步发展还需要做些什么。

助力自主航运

正如无人驾驶汽车可能是汽车行业的未来，无人驾驶船舶也可能是航运业的未来。自主航运有潜力显著降低成本、提高安全性、解决预计出现的船员短缺问题，并改善工作条件。

但自主航运依赖于准确且持续可用的导航系统。“发现” 项目支持了关于如何增强现有卫星导航系统以助力自主航运的研究，例如将其与陆基系统相结合以提高定位精度。

对船长来说，进出港口是最困难的时刻之一。一项 “发现” 研究评估了创建一个监测港口内所有船舶以避免碰撞的系统的可行性。该系统将利用欧空局的伽利略和欧洲地球静止导航重叠服务（EGNOS）系统为船舶计算新航线。一项类似的研究专注于开发海上自适应全球导航卫星系统安全概念，以支持海员，特别是在港口附近。全球的船舶都使用卫星进行导航；一项研究探讨了太空天气对北极地区导航的影响。

国际海事组织运行着一个船舶防撞系统，该系统使用来自地面传感器的数据。另一项由欧空局支持的研究探讨了如何将卫星数据纳入该系统，以填补地面数据的空白并确保全球覆盖。

2019 年，开放空间创新平台发起了创意征集，寻求实现港口到港口自主航运的解决方案。五个创意被选中进行进一步研究，其中一个项目研究在海冰条件下的自主航运，一个着眼于增强船舶对周围环境的感知，一个结合地球观测和导航数据以改进导航安全评估，还有一个开发自主船舶与空间导航系统之间的安全通信链路。