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        ESA首個磁場監(jiān)測衛(wèi)星星座“蜂群”

        2014-07-01 23:46:13付郁,云成
        衛(wèi)星應(yīng)用 2014年3期
        關(guān)鍵詞:磁強計姿態(tài)控制星座

        ESA首個磁場監(jiān)測衛(wèi)星星座“蜂群”

        歐洲航天局(ESA)的“蜂群”(Swarm)衛(wèi)星星座于2013年11月22日從普列謝茨克航天發(fā)射場由俄羅斯“轟鳴”(Rockot)火箭成功發(fā)射。Swarm星座是ESA的首個用于測量來自地球核心、地幔、地殼、海洋、電離層等區(qū)域磁場信息的對地觀測衛(wèi)星星座,可為科學(xué)家提供數(shù)據(jù)研究磁場的復(fù)雜性。目前,Swarm衛(wèi)星星座已進入500km軌道,研究保護地球免受宇宙輻射和太陽風(fēng)中帶電粒子傷害的地球磁場。

        Swarm項目于2004年獲得批準(zhǔn),是ESA的第4個“地球探測者”(Earth Explorer)任務(wù),共投入約1.8億歐元(約2.4億美元)。阿斯特里姆德國公司是衛(wèi)星的主承包商。Swarm星座由3顆小衛(wèi)星組成,每顆衛(wèi)星質(zhì)量473kg,設(shè)計壽命4年,尺寸1.5m×0.85m×9.1m(包括一個4m長的展開臂)。3顆衛(wèi)星運行在2個軌道面上,其中Swarm-A和Swarm-B衛(wèi)星組成衛(wèi)星對,運行在高度450km、87.4°的極軌道,東西向分離1.0°~1.5°(經(jīng)度),在軌最大差分延遲為10s,主要測量磁場東西方向梯度,Swarm-C衛(wèi)星運行在高度530km、傾角88°的極軌道。在軌期間,Swarm星座通過軌道維持,保證星座精確構(gòu)型。

        在平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,3顆小衛(wèi)星基本相同,采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計和三軸穩(wěn)定控制方式;太陽電池片敷裝在衛(wèi)星外表面;為降低姿態(tài)擾動對磁場矢量測量的影響,采取了減少衛(wèi)星本體振動的設(shè)計方案。在姿態(tài)控制方面,利用3個星跟蹤器、3個磁強計和1個日地感應(yīng)器測量衛(wèi)星姿態(tài),再運用24個冷氣推力器(20mN和40mN)和磁力矩器進行姿態(tài)控制,保證衛(wèi)星姿態(tài)控制精度優(yōu)于5°(偏航、俯仰、滾動三軸),姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于0.1°/s。

        每顆Swarm衛(wèi)星搭載絕對標(biāo)量磁強計(ASM)、緊湊型球形線圈(CSC)結(jié)構(gòu)矢量磁通門磁強計(VFM)等新一代磁場探測載荷,用于高精度、高分辨率測量磁場強度、方向和變化。ASM主要用于測量磁場強度,并校準(zhǔn)VFM。VFM與3個星相機(相互夾角90°)安裝在一個穩(wěn)定的光具座后,再安裝在長4m的桁架上,3個恒星敏感器為VFM提供三維高精度姿態(tài)信息。除了這些磁場測量載荷外,衛(wèi)星還攜帶了電場測量設(shè)備(EFI)、加速度計和激光后向反射器,以提供必要的測量信息,建模并區(qū)分地磁場的多源影響。

        通過3星星座構(gòu)型,Swarm衛(wèi)星可以有效克服磁場測量的時空模糊問題,調(diào)整空間采樣的時間,可以更好地區(qū)分不同影響源(地球電場、電離層傳導(dǎo)性)對地磁場的作用和貢獻。未來4年的在軌期間,Swarm星座將高精度地展現(xiàn)地球磁場的強度、方向,以及隨時間演化過程,進一步增強對地球內(nèi)部及其與空間相互作用的了解。

        · 摘編|付郁 云成

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