“斯波特”（SPOT）衛(wèi)星是法國(guó)發(fā)展的民用光學(xué)成像衛(wèi)星系列，主要用于陸地應(yīng)用、農(nóng)業(yè)、森林、制圖和區(qū)域規(guī)劃等領(lǐng)域。目前斯波特－5已在軌超期服役多年，為了保持衛(wèi)星數(shù)據(jù)的連續(xù)性，2008年，法國(guó)斯波特成像（SPOT Image）公司和其合作方阿斯特留姆（Astrium）公司啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，即建造新一代商業(yè)“斯波特”任務(wù)系列—斯波特－6、7。

2012年9月9日，阿斯特留姆公司研制的斯波特－6由印度“極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭”（PSLV）送入高度為694km的太陽(yáng)同步軌道。斯波特－7計(jì)劃于2014年發(fā)射，這2顆衛(wèi)星至少將運(yùn)行到2023年。

1 背景介紹

目前，斯波特－5（2002年5月4日發(fā)射）已超出其設(shè)計(jì)壽命8年，預(yù)計(jì)該衛(wèi)星將運(yùn)行至2013～2014年。早在1997年，法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）就開(kāi)始發(fā)展斯波特－5之后的新一代衛(wèi)星，并提出了“3S”小型衛(wèi)星系統(tǒng)概念，即“斯波特后繼系統(tǒng)”（SPOT Successor System，即3S）。基于該概念，法國(guó)國(guó)家空間研究中心開(kāi)始利用新技術(shù)發(fā)展質(zhì)量更輕的衛(wèi)星（1000kg），以取代質(zhì)量3000kg的斯波特－5，提高業(yè)務(wù)性能，降低系統(tǒng)成本。不過(guò)，法國(guó)先用該技術(shù)發(fā)展了小型軍民兩用的“昴宿星”（Pleiades）。昴宿星－HR1已于2011年12月17日發(fā)射，昴宿星－HR2計(jì)劃于2012年發(fā)射。“昴宿星”的全色分辨率0.7m，多光譜分辨率2.8m，但幅寬只有20km，比斯波特－5要小得多，無(wú)法滿(mǎn)足頻繁重復(fù)軌跡觀(guān)測(cè)的要求，因此仍需發(fā)射大幅寬的“斯波特”系列衛(wèi)星。

2008年7月， 阿斯特留姆公司成為了斯波特成像公司的大股東，擁有其81%的股份，并承諾使公司在國(guó)際空間成像市場(chǎng)占有一席之地。2012年2月，斯波特成像公司和信息地球公司（Infoterra）合并成為阿斯特留姆公司旗下新的地理信息產(chǎn)業(yè)分支機(jī)構(gòu)。但斯波特成像公司仍是一家獨(dú)立的法國(guó)公司，法國(guó)國(guó)家空間研究中心擁有其一小部分黃金股。

斯波特－6、7在軌工作示意圖

2009年中旬，阿斯特留姆公司開(kāi)始研制斯波特－6、7，盡管當(dāng)時(shí)該公司還沒(méi)有任何政府投資或預(yù)售協(xié)議。這2顆衛(wèi)星由阿斯特留姆公司建造，屬于歐洲第一批商業(yè)成像的衛(wèi)星，這在地理空間信息服務(wù)領(lǐng)域是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。美國(guó)許多高分辨率商業(yè)成像衛(wèi)星，如“艾科諾斯”（Ikonos）衛(wèi)星和“地球之眼”（GeoEye）衛(wèi)星也是私營(yíng)公司投資，但它們的主要用戶(hù)是國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）。

斯波特－6、7的全色分辨率2m，幅寬60km，與斯波特－5一樣。但斯波特－6、7將更加敏捷，且設(shè)計(jì)壽命是斯波特－5的2倍。此外，它們還能執(zhí)行快速反應(yīng)任務(wù)，每天上傳6個(gè)任務(wù)計(jì)劃，獲取無(wú)云圖像。

斯波特－6、7以及昴宿星－1、2將運(yùn)行在同一軌道，形成真正的衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)每天2次的重訪(fǎng)能力。該衛(wèi)星星座還將與德國(guó)的“陸地合成孔徑雷達(dá)-X”（TerraSAR-X）衛(wèi)星和“陸地合成孔徑雷達(dá)-X附加數(shù)字高程測(cè)量”（TanDEM-X）衛(wèi)星相互合作，確保阿斯特留姆公司下屬的信息地球公司能獲取最全面的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與服務(wù)，包括“陸地合成孔徑雷達(dá)-X”、“陸地合成孔徑雷達(dá)-X附加數(shù)字高程測(cè)量”雷達(dá)衛(wèi)星的商業(yè)數(shù)據(jù)以及昴宿星－1、2的高分辨率數(shù)據(jù)。2顆昴宿星衛(wèi)星均為公開(kāi)投資，但由斯波特成像公司負(fù)責(zé)運(yùn)行，用于商業(yè)用途。

“斯波特”系列衛(wèi)星發(fā)展歷程

法國(guó)政府并未承諾以任何方式幫助斯波特－6、7融資。據(jù)阿斯特留姆公司官員評(píng)估，這2顆衛(wèi)星將耗資3億歐元。這2顆衛(wèi)星對(duì)斯波特成像公司，以及阿斯特留姆公司擁有的對(duì)地觀(guān)測(cè)成像與服務(wù)供應(yīng)商很重要。

2 衛(wèi)星概況

與斯波特－5相比，斯波特－6、7質(zhì)量減少到800kg，采用天體衛(wèi)星－500L（AstroSat－500L）平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命提高到10年。在保持60km幅寬的同時(shí)，衛(wèi)星分辨率提高到2m，與0.7m分辨率的“昴宿星”相互補(bǔ)充，滿(mǎn)足多樣化任務(wù)需求。2顆衛(wèi)星運(yùn)行在同一軌道面上，單星每天成像范圍為2.5×106km2。

斯波特－6、7采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制方式，鑒于非常高的敏捷度需求，其姿態(tài)確定與控制分系統(tǒng)（ADCS）攜帶由阿斯特留姆公司研制的動(dòng)量控制陀螺儀（CMGs），取代之前的反作用飛輪，以提高指向機(jī)動(dòng)性。

斯波特－5和斯波特－6、7主要參數(shù)對(duì)比

斯波特－6、7姿態(tài)與軌道測(cè)量由GPS/星跟蹤器（STR）來(lái)執(zhí)行，指向控制精度高達(dá)500μrad（3σ），指向敏感精度高達(dá)30μrad （3σ），這主要依賴(lài)于星跟蹤器調(diào)節(jié)與對(duì)準(zhǔn)精度。若在沒(méi)有陀螺儀的支持下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)精確姿態(tài)控制，則需增加慣性測(cè)量單元來(lái)改進(jìn)姿態(tài)控制。若采用標(biāo)準(zhǔn)1頻率GPS設(shè)計(jì)，則星上軌道確定精度小于10m （1σ），若采用2頻率GPS設(shè)計(jì)，則星上軌道確定精度小于3m（1σ）。衛(wèi)星在安全模式下的姿態(tài)敏感主要基于磁強(qiáng)計(jì)（MAG）/太陽(yáng)敏感器（BASS）系統(tǒng)或磁強(qiáng)計(jì)/粗地球太陽(yáng)敏感器（CESS）系統(tǒng)。安全模式下的姿態(tài)控制可以選擇兩種模式：①指向太陽(yáng)，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)控制；②指向地球。

斯波特－6、7電源分系統(tǒng)（EPS）的太陽(yáng)電池翼采用砷化鎵三結(jié)太陽(yáng)能電池，功率可根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行調(diào)整。功率控制與分配單元（PCDU）包括各種功率控制與分配功能。

斯波特－6、7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用基于標(biāo)準(zhǔn)大容量存儲(chǔ)器單元（MMU）的快速閃存技術(shù)，容量從1～10Tbit。其大容量存儲(chǔ)器單元內(nèi)部可選擇壓縮和加密功能。衛(wèi)星有效載荷數(shù)據(jù)下傳速率為300Mbit/s，通過(guò)2個(gè)通道的冷冗余X頻段進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制技術(shù)。每個(gè)等通量天線(xiàn)均可提供必要的地面覆蓋，其他系統(tǒng)可根據(jù)更高的下傳數(shù)據(jù)速率需求進(jìn)行合并。下傳數(shù)據(jù)可選擇加密或不加密。各種不同基本機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)均可使用，在許多典型應(yīng)用中作為任務(wù)定制的基礎(chǔ)。遙測(cè)、指令和控制（TT&C）數(shù)據(jù)通過(guò)S頻段進(jìn)行傳輸。

3 有效載荷

斯波特－6、7的有效載荷是2臺(tái)“新型天體衛(wèi)星平臺(tái)模塊化設(shè)備”，由阿斯特留姆公司研制，全色/多光譜圖像的分辨率可達(dá)到1.5m/6m。其上的相機(jī)望遠(yuǎn)鏡采用柯?tīng)柺↘orsch）型，由3個(gè)非球面鏡和2個(gè)可展開(kāi)鏡面組成。衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)主要由以下部分組成。

“新型天體衛(wèi)星平臺(tái)模塊化設(shè)備”機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

“新型天體衛(wèi)星平臺(tái)模塊化設(shè)備”技術(shù)指標(biāo)

控制地面段運(yùn)行示意圖

· 光學(xué)相機(jī)：采用碳化硅材料，包括一個(gè)輕型、剛性望遠(yuǎn)鏡。

· 焦平面：基于時(shí)間延遲積分（TDI）探測(cè)器，1個(gè)全色和4個(gè)多光譜通道，提供內(nèi)嵌配準(zhǔn)優(yōu)化穩(wěn)定、集成和測(cè)試；模式帶狀濾波器和前端電子設(shè)備對(duì)焦平面進(jìn)行補(bǔ)充。

· 后端電子設(shè)備：包括視頻電子設(shè)備，壓縮，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和服務(wù)。

4 地面段

斯波特－6、7的整個(gè)控制地面段結(jié)構(gòu)是基于多個(gè)阿斯特留姆公司的出口項(xiàng)目改進(jìn)而成的，這多個(gè)項(xiàng)目包括“泰國(guó)對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)”（THEOS）衛(wèi)星、阿爾及利亞的阿爾及利亞遙感衛(wèi)星－2（AlSat－2）和智利的“對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)”（SSOT）光學(xué)成像衛(wèi)星。

斯波特－6、7地面段主要包括2個(gè)部分。

· 控制地面段（CGS）：負(fù)責(zé)測(cè)控斯波特－6、7的在軌運(yùn)行和軌道位置。

· 開(kāi)發(fā)地面段（EGS）：負(fù)責(zé)衛(wèi)星任務(wù)的規(guī)劃，成像數(shù)據(jù)的獲取，并進(jìn)行梳理，生成、存檔和交付斯波特－6、7圖像產(chǎn)品。

控制地面段直接與S頻段服務(wù)連接，訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)或多個(gè)S頻段地面站，與斯波特－6、7交換遙測(cè)與遙控?cái)?shù)據(jù)。S頻段服務(wù)至少包括1個(gè)極軌地面站，以便盡可能多地獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

開(kāi)發(fā)地面段用于全自動(dòng)處理日常任務(wù)，任務(wù)計(jì)劃和衛(wèi)星任務(wù)指令計(jì)劃均在無(wú)人情況下執(zhí)行。