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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)星將運行在高度為814km、傾角為98.6°的太陽同步軌道，降交點當?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

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裝置的5臺相機分離，每臺相機擁有一個光柵，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，該光譜儀進行了如下改進：

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（SAR）觀測能力；

2）該光譜儀相機在天底點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”星載先進沿軌掃描輻射計（AATSR）的改進型，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），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），負責控制所有分系統(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、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），用于反演海表風速。

（1）合成孔徑雷達高度計

合成孔徑雷達高度計是地形學(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干涉測量雷達高度計（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

合成孔徑雷達高度計是一臺雙頻（C頻段和Ku頻段）高度計，質(zhì)量約為60kg，提供地表高度、海浪高度和海風速度等數(shù)據(jù)。該儀器的雷達采用線性調(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。合成孔徑雷達高度計有2種雷達模式：低分辨率模式（LRM）和合成孔徑雷達模式。

（2）微波輻射計

微波輻射計為天底點探測器，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測量導(dǎo)致的傳播延遲進行補償。

（3）“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”接收機

“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”接收機是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，還將周期性提供實時導(dǎo)航公告，定位精度為3m(rms)。接收機質(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)果將為改進和驗證GNSS數(shù)據(jù)形成的精確定軌解決方案做出貢獻。

3　地面段

哨兵－3地面段負責衛(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行系統(tǒng)（FOS）和有效載荷數(shù)據(jù)地面段（PDGS）。飛行運行系統(tǒng)主要職責包括衛(wèi)星監(jiān)控與控制，含所有平臺活動和有效載荷進度指令。有效載荷數(shù)據(jù)地面段主要負責接收和處理哨兵－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