2008年6月20日,美國航宇局、法國國家空間研究中心、歐洲氣象衛(wèi)星組織及美國國家海洋和大氣局4家機(jī)構(gòu)的合作項(xiàng)目賈森-2海洋衛(wèi)星,由德爾它-2火箭從范登堡空軍基地發(fā)射升空。賈森-2衛(wèi)星將執(zhí)行繼“托佩克斯/海神”(1992年~2005年)衛(wèi)星和賈森-1衛(wèi)星(2001年至今)之后的新一代海洋測高任務(wù)。
四大衛(wèi)星聯(lián)手
賈森-2衛(wèi)星攜帶了新一代儀器,包括法國國家空間研究中心提供的海神-3多頻雷達(dá)高度計(jì)(測量海平面高度),美國航宇局提供的的先進(jìn)微波輻射計(jì)(從測高學(xué)的角度揭示水蒸汽的影響)。賈森-2衛(wèi)星測量精度為3.3厘米,與賈森-1的相同,從而有助于科學(xué)家理解海洋環(huán)流及它對(duì)全球氣候的影響。另外賈森-2衛(wèi)星將與其他衛(wèi)星,如測量地球質(zhì)量分布的“重力恢復(fù)和氣候試驗(yàn)”衛(wèi)星、測量近洋面風(fēng)的“海風(fēng)測量快速散射儀”衛(wèi)星及測量洋面鹽分的“寶瓶座”衛(wèi)星(將于2009年發(fā)射),對(duì)地球系統(tǒng)研究做出重要貢獻(xiàn)。
賈森-2衛(wèi)星采用法國“普羅秋斯”低軌道衛(wèi)星平臺(tái),高約3米,發(fā)射質(zhì)量為510千克,功率為580瓦,設(shè)計(jì)壽命為5年。賈森-2衛(wèi)星運(yùn)行在圓形非太陽同步軌道上,軌道高度為1336千米,軌道傾角為66.039°,偏心率為0.000095。衛(wèi)星在軌道上的飛行速度是7.2千米/秒,每112分鐘繞地球飛行一圈。賈森-2每10天完成一次對(duì)全球洋面高度的測量,覆蓋范圍從北緯66度到南緯66度,能把全球的未結(jié)冰海洋區(qū)域都包括在內(nèi),從而確定海洋環(huán)流、氣候變化及海平面上升情況。
五大科學(xué)目標(biāo)
海洋在地球天氣和氣候變化中扮演著重要角色。海洋能夠使地球空氣變熱或變冷、潮濕或干燥,并影響風(fēng)速和風(fēng)向。在過去50年,海洋吸收了全球80%的熱量,如果沒有海洋,全球氣候會(huì)變得比目前更加炎熱。通過對(duì)海洋動(dòng)力學(xué)的研究,人類能夠更清楚地了解海洋對(duì)天氣和氣候的影響及其對(duì)人類的影響,另外,還能了解人類自身的活動(dòng)是如何影響海洋的,以及如何保護(hù)海洋這一寶貴的地球資源。
賈森-2衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)包括:
(1)實(shí)施近實(shí)時(shí)高精度海洋測高,從而合成海洋預(yù)報(bào)模型(海洋學(xué)業(yè)務(wù));
(2)繼續(xù)“托佩克斯/海神”和賈森-1衛(wèi)星的測量任務(wù),獲取長期科學(xué)數(shù)據(jù),從而研究海洋長期變化,尤其是十年間變化;
(3)測量全球海洋平面變化,并增加海洋環(huán)流的知識(shí);
(4)獲取近海岸、湖泊及河流的高質(zhì)量數(shù)據(jù),改進(jìn)海岸海潮模型;
(5)應(yīng)用于海洋研究、氣候研究、季節(jié)預(yù)報(bào)、風(fēng)速和波高測量、實(shí)時(shí)天氣預(yù)報(bào)模型、氣候?qū)W長期研究和模型改進(jìn)等領(lǐng)域,并結(jié)合大地測量衛(wèi)星了解更多的地球知識(shí),等等。
八種有效載荷
賈森-2衛(wèi)星一共攜帶了8種儀器,分別是:海神-3高度計(jì)、先進(jìn)微波輻射計(jì)、3種定位系統(tǒng)及搭載的3種實(shí)驗(yàn)儀器。在這些儀器中,前5種儀器都有完整的冗余,并且壽命期至少3年。
海神-3高度計(jì)
海神-3高度計(jì)是該任務(wù)的主要儀器,測量海平面、波浪高度及風(fēng)速,由賈森-1衛(wèi)星上的海神-2高度計(jì)改進(jìn)而來。它具有緊湊、低功耗、小質(zhì)量、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。它是一臺(tái)雷達(dá)高度計(jì),功率僅為7瓦,在2個(gè)頻率(13.575GHz和5.3GHz)上發(fā)射脈沖(第2個(gè)頻率用于確定大氣中的電子含量),然后由其配套的1.2米直徑天線接收洋面反射的回程信號(hào),在對(duì)回程信號(hào)進(jìn)行分析之后,通過修正后的信號(hào)往返時(shí)間能精確地計(jì)算出衛(wèi)星與海面某一點(diǎn)之間的距離。該儀器還將與多普勒軌道制圖和無線電定位儀相結(jié)合,更好地測量海岸、內(nèi)陸水域和冰。
先進(jìn)微波輻射計(jì)
先進(jìn)微波輻射計(jì)是賈森-1衛(wèi)星上微波輻射計(jì)的改進(jìn)型,在3個(gè)頻率(18.7GHz、23.8GHz和34GHz)上測量海洋輻射,主頻率23.8GHz被用于測量水蒸汽;34GHz通道提供帶雨云層的信息;18.7GHz通道對(duì)洋面的風(fēng)力變化很敏感。綜合每個(gè)頻率獲得的測量數(shù)據(jù),能夠提取水蒸汽和液態(tài)水含量信息,使人類能確定大氣中的水是如何影響雷達(dá)信號(hào)傳播的,還能夠直接用于研究包括降雨在內(nèi)的其他天氣現(xiàn)象。
3種定位系統(tǒng)
賈森-2衛(wèi)星上的有激光反射鏡天線、多普勒軌道制圖和無線電定位儀以及全球定位系統(tǒng)三種定位系統(tǒng),這些定位系統(tǒng)相互補(bǔ)充,以精確測量衛(wèi)星的在軌位置。
激光反射鏡天線反射由地面發(fā)出的激光脈沖,通過分析激光束的往返時(shí)間,確定衛(wèi)星的在軌位置。該系統(tǒng)有很高的精度,能精確到幾厘米,但它要求地面站進(jìn)行復(fù)雜操作,并且受到不利天氣狀況的限制。因此激光反射鏡天線被用于校正其他兩種定位系統(tǒng),從而使衛(wèi)星軌道盡可能的準(zhǔn)確。
多普勒軌道制圖和無線電定位儀將提供實(shí)時(shí)定位和精確軌道確定信息。該系統(tǒng)利用遍布全球的60個(gè)軌道圖示標(biāo)組成的地面網(wǎng)絡(luò),軌道圖示標(biāo)在兩個(gè)頻率上發(fā)射信號(hào)給衛(wèi)星上的一臺(tái)接收機(jī),衛(wèi)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在信號(hào)頻率上產(chǎn)生移位(即多普勒頻移),通過測量這種頻移,從而計(jì)算出衛(wèi)星的速度。這些數(shù)據(jù)然后形成軌道確定模型,從而保證衛(wèi)星在軌精確位置的持久性跟蹤。該儀器的測量數(shù)據(jù)還用于地球物理學(xué)研究,并能確定大氣中的電子含量。
全球定位系統(tǒng)有效載荷接收來自16顆GPS衛(wèi)星連續(xù)并同時(shí)發(fā)出的雙頻導(dǎo)航信號(hào),利用這些信息獲得約1毫米精度的相位測量數(shù)據(jù)和10厘米精度的偽距測量數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)整合為軌道確定模型,持續(xù)跟蹤衛(wèi)星的軌跡。
地面分工明確
賈森-2衛(wèi)星地面段是一個(gè)分散的系統(tǒng),分別設(shè)在美國航宇局、法國國家空間研究中心、歐洲氣象衛(wèi)星組織及美國國家海洋和大氣局,各任務(wù)中心的職責(zé)如下:
(1)海神-3高度計(jì)、多普勒軌道制圖和無線電定位儀及先進(jìn)微波輻射計(jì)的原始數(shù)據(jù)由設(shè)在歐洲氣象衛(wèi)星組織及美國國家海洋和大氣局的中心負(fù)責(zé)處理,產(chǎn)生實(shí)時(shí)測高數(shù)據(jù);
(2)海神-3高度計(jì)和先進(jìn)微波輻射計(jì)的原始數(shù)據(jù)由設(shè)在法國國家空間研究中心的任務(wù)中心處理,產(chǎn)生延時(shí)測高數(shù)據(jù);
(3)初始軌道和精確軌道數(shù)據(jù)產(chǎn)品由法國國家空間研究中心提供,用于精確軌道確定,并由全球定位系統(tǒng)有效載荷和激光反射鏡天線進(jìn)行補(bǔ)充;
(4)所有的賈森-2衛(wèi)星產(chǎn)品由法國國家空間研究中心與美國國家海洋和大氣局進(jìn)行歸檔和分發(fā);
(5)由法國國家空間研究中心產(chǎn)生的增值產(chǎn)品都由該中心自己進(jìn)行歸檔和分發(fā)。