?

為地球環(huán)境“站崗”的歐洲哨兵－3A衛(wèi)星入軌

Sentinel－3A Satellite: Standing Guard for Earth Environment

2016年2月17日，哨兵－3A（Sentinel－3A）衛(wèi)星升空。哨兵－3為全球海洋和陸地監(jiān)測衛(wèi)星，屬于歐洲“哥白尼”（Copernicus）計劃的專用“哨兵”系列，主要任務(wù)是高精度和準(zhǔn)確測量海面地形、海洋和陸地表面溫度及顏色，以支持海洋預(yù)測系統(tǒng)，用于環(huán)境和氣候監(jiān)測。哨兵－3任務(wù)是由2顆同樣衛(wèi)星組成的星座， 即哨兵－3A和3B，2顆衛(wèi)星軌道相位差180°。哨兵－3B衛(wèi)星計劃于2017年發(fā)射。

1　衛(wèi)星概況

哨兵－3主承包商為泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS），合同于2008年4月簽署，合同總價3.05億歐元。衛(wèi)星將運(yùn)行在高度為814km、傾角為98.6°的太陽同步軌道，降交點(diǎn)當(dāng)?shù)貢r間10：00，重訪周期27天。

衛(wèi)星的遙測、跟蹤和控制采用S頻段天線，下傳速率為123kbit/s或2Mbit/s，上傳速率為64kbit/s，下行鏈路采用X頻段，速率為520Mbit/s。星上數(shù)據(jù)存儲容量為300Gbit（壽命末期）。

哨兵－3性能指標(biāo)

2　有效載荷

哨兵－3攜帶的有效載荷包括光學(xué)儀器和地形學(xué)儀器。

光學(xué)儀器

光學(xué)儀器有海洋和陸地彩色成像光譜儀（O L C I）、海洋和陸地表面溫度輻射計（SLSTR），提供地球表面的近實(shí)時測量數(shù)據(jù)。

（1）海洋和陸地彩色成像光譜儀

海洋和陸地彩色成像光譜儀為中分辨率線陣推掃成像光譜儀，是歐洲“環(huán)境衛(wèi)星”（Envisat）星載中分辨率成像儀（MERIS）的改進(jìn)儀器。該儀器質(zhì)量約150kg，幅寬為1300km，視場（FOV）68.5°，海洋上空的分辨率為1.2km，沿海區(qū)和陸地上空的分辨率為0.3km。

海洋和陸地彩色成像光譜儀的視場被安裝在校準(zhǔn)裝置的5臺相機(jī)分離，每臺相機(jī)擁有一個光柵，可提供最少16個譜段，加上潛在的可選譜段，將用于改進(jìn)大氣校正值。

海洋和陸地彩色成像光譜儀觀測示意圖

與已退役的“環(huán)境衛(wèi)星”上的中分辨率成像儀相比，該光譜儀進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1）海岸區(qū)域、內(nèi)陸水和海冰高度計的沿軌合成孔徑雷達(dá)（SAR）觀測能力；

2）該光譜儀相機(jī)在天底點(diǎn)視場外能夠盡可能減小太陽耀斑干擾；

3）該光譜儀和輻射計中新的光譜譜段能改進(jìn)地球物理反演值以及活動火源探測；

4）該光譜儀和輻射計數(shù)據(jù)融合能生成植被數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

（2）海洋和陸地表面溫度輻射計

海洋和陸地表面溫度輻射計為“環(huán)境衛(wèi)星”星載先進(jìn)沿軌掃描輻射計（AATSR）的改進(jìn)型，質(zhì)量為90kg，工作在可見光和紅外譜段，與海洋和陸地彩色成像光譜儀譜段完全重迭，主要用于海洋和陸地表面溫度觀測。和星載先進(jìn)沿軌掃描輻射計不一樣的是，前者為雙掃描裝置，幅寬更寬，為750km。后者熱紅外通道的分辨率為1km（天底點(diǎn)），可見光和短波紅外通道的分辨率為500m。

海洋和陸地表面溫度輻射計由兩個物理單元組成，分別安裝在平臺上：

1）海洋和陸地表面溫度輻射計光學(xué)掃描單元（SLOSU，簡稱OSU），主要由光學(xué)機(jī)械外殼（OME）和熱輻射計、前端電子儀器（FEE）、冷卻系統(tǒng)和探測組件（DA）組成；

2）海洋和陸地表面溫度輻射計控制與處理電子儀器（SLCPE，簡稱CPE），負(fù)責(zé)控制所有分系統(tǒng)和管理衛(wèi)星數(shù)據(jù)接口。

2種輻射計性能比較

兩種雷達(dá)模式技術(shù)參數(shù)

地形學(xué)儀器

地形學(xué)儀器包括合成孔徑雷達(dá)高度計（SRAL）、微波輻射計（MWR）、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)、多普勒軌道確定和星載無線電定軌定位組合系統(tǒng)（DORIS），以及激光后向反射器（LRR）。地形學(xué)儀器將主要用于提供開放海域、海岸區(qū)域、冰蓋、河流和湖泊的高精度測高數(shù)據(jù)。開放海域測量將聯(lián)合其他任務(wù)，形成永久全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）。開放海域的主要測量參數(shù)包括海表高度（SSH）和有效波高（SWH），用于反演海表風(fēng)速。

（1）合成孔徑雷達(dá)高度計

合成孔徑雷達(dá)高度計是地形學(xué)有效載荷的核心儀器，將用于保持賈森－2（Jason－2）衛(wèi)星星載波塞冬－3（Poseidon－3）高度計、冷衛(wèi)星－2 （CryoSat－2）衛(wèi)星星載合成孔徑雷達(dá)干涉測量雷達(dá)高度計（SIRAL）以及印度聯(lián)合研制的“薩拉爾”（SARAL）衛(wèi)星星載Ka頻段高度計（AltiKa）等儀器數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

微波輻射計性能指標(biāo)

合成孔徑雷達(dá)高度計是一臺雙頻（C頻段和Ku頻段）高度計，質(zhì)量約為60kg，提供地表高度、海浪高度和海風(fēng)速度等數(shù)據(jù)。該儀器的雷達(dá)采用線性調(diào)頻脈沖，地表高度測量的主頻率是Ku頻段（13.575GHz，帶寬350MHz），C頻段（5.41GHz，帶寬320MHz）用于電離層修正。2個頻段的脈沖持續(xù)時間為50ms。合成孔徑雷達(dá)高度計有2種雷達(dá)模式：低分辨率模式（LRM）和合成孔徑雷達(dá)模式。

（2）微波輻射計

微波輻射計為天底點(diǎn)探測器，工作頻率為23.8 GHz和36.5GHz（K/Ka頻段），每個頻段覆蓋帶寬為200MHz。微波輻射計將用于測量水蒸氣和云含水量，必要時對大氣組件和雷達(dá)測量導(dǎo)致的傳播延遲進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”接收機(jī)

“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”接收機(jī)是GPS星座或“伽利略”系統(tǒng)的雙頻儀器，用于提供精確定軌（POD）數(shù)據(jù)。此外，還將周期性提供實(shí)時導(dǎo)航公告，定位精度為3m(rms)。接收機(jī)質(zhì)量11kg，能同時跟蹤12顆衛(wèi)星。導(dǎo)航衛(wèi)星傳輸?shù)男盘栆矔艿诫婋x層影響，通過比較1160～1590MHz范圍內(nèi)不同頻率的2個信號可以達(dá)到修正效果。

（4）激光后向反射器

激光后向反射器為被動裝置，由一組三角棱鏡組成，用于通過激光測距技術(shù)確保衛(wèi)星在地面的高精度定位。激光地面站（SLR）網(wǎng)絡(luò)將用于這個目的，其測量結(jié)果將為改進(jìn)和驗(yàn)證GNSS數(shù)據(jù)形成的精確定軌解決方案做出貢獻(xiàn)。

3　地面段

哨兵－3地面段負(fù)責(zé)衛(wèi)星星座的總體指令和監(jiān)控，以及獲取、處理和分發(fā)其對地觀測數(shù)據(jù)。地面段2個主要部分為飛行運(yùn)行系統(tǒng)（FOS）和有效載荷數(shù)據(jù)地面段（PDGS）。飛行運(yùn)行系統(tǒng)主要職責(zé)包括衛(wèi)星監(jiān)控與控制，含所有平臺活動和有效載荷進(jìn)度指令。有效載荷數(shù)據(jù)地面段主要負(fù)責(zé)接收和處理哨兵－3有效載荷數(shù)據(jù)，確保衛(wèi)星任務(wù)執(zhí)行滿足所有“哥白尼”用戶需求和衛(wèi)星性能，確?！案绨啄帷庇脩羰褂脻M足預(yù)期質(zhì)量和時間限制的哨兵－3產(chǎn)品，還包括所有其他支持活動。

曉然/文 王曉宇/本文編輯