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美国新一代静止气象卫星亮相

来源:空天力量杂志 责编:大嘴 作者:士 元 时间:2007-01-16

经过多次推迟,原定2005年秋季升空的美国首颗第4代静止气象卫星“戈斯-N”(GOES-N,也译为“地球静止环境业务卫星-N”)终于在5月24日由“德尔它-4”火箭发射成功。入轨后它被命名为“戈斯-13”,被放置于“戈斯-12”(监视大西洋和美国东海岸)和“戈斯-10”(监视太平洋和美国西海岸)之间的轨道内。“戈斯-13”卫星最终向东移,替代“戈斯-12”,作为大西洋和墨西哥湾主要的飓风监视卫星。

  美国第4代静止气象卫星一共有3颗,另外2颗(GOES-O和GOES-P)计划分别于2007年和2008年发射。

  太空“梦之队”

  自从美国于1966年12月发射第1颗试验静止气象卫星应用技术卫星-1(ATS-1)以来,经过几十年的努力,美国静止气象卫星已进入业务化、系列化,是目前世界上最先进的。

  1975年开始发射的美国第1代业务静止气象卫星(“戈斯”-1~3)采用自旋稳定方式,主要装载了可见光红外扫描辐射计。1980年开始发射的第2代业务静止气象卫星(“戈斯”-4~7)虽仍为自旋稳定卫星,但增加了与可见光红外扫描辐射计合二为一的大气探测器,从而能进行空间垂直温度和湿度的探测。1994年4月13日开始发射的第3代业务静止气象卫星(“戈斯”-8~12)改用三轴稳定方式,星上除有多通道成像仪外,还装载了独立的大气探测器。

  从2006年起开始发射的美国第4代业务静止气象卫星(“戈斯”-13~15),拥有更稳定的平台支持更新的成像仪、垂直探测器和太阳X射线成像仪(SXI)等,从而能更精确地提供用于研究大气及其形成的数据,改善天气预报的服务质量,提高预测太阳干扰的能力,并像美国“诺阿”(NOAA)极轨气象卫星一样用于搜寻和营救活动等。它有助于发展全球环境预警服务及提高基础环境服务;改善预测太阳干扰及提供实时预报的能力;提供用于研究大气及其形成的数据。

  其第5代静止气象卫星计划于2012年发射,它将装载16个通道的先进基本成像仪(ABI)和超光谱环境探测器(HES)等,使静止气象卫星上一个新台阶。

  十八般武艺

  “戈斯-N”是目前在轨服役的众多静止气象卫星中最先进的。它采用波音-601卫星平台,尺寸为3.63米×2.25米×3.37米,在轨质量2238 千克,太阳电池功率在寿命开始时为2.3千瓦,在寿命结束时为2千瓦。该卫星平台非常稳定,其先进的姿态控制系统有助于提高星上仪器的操作性,改善天气预报的服务质量。星上装有3副S/L波段接收和发射天线、1副全向天线、1副杯状超高频天线和2个前向射频喇叭天线。

  该星的有效载荷是:新型的空间环境监测器(SEM)、成像仪、垂直探测器和太阳X射线成像仪(SXI)等气象观测仪器。

  其空间环境监测器由1个可准确测量各种能量粒子数量的能量粒子遥感器(EPS)包、2台能测量地磁场的大小和方向及某个航天器附近磁场变化的磁力计和1台能实时测量太阳耀斑强度和持续时间的太阳X射线遥感器(XRS)组成,并可以向空间环境中心提供实时数据。该卫星所测量的范围比上一代卫星扩大了。其中太阳X射线遥感器能观测到的X射线的波长范围是0.05~0.3纳米和0.1~0.8纳米,它能实时测量太阳耀斑的强度和持续时间,以预报潜在的地球物理反应如电离层的变化,因为电离层的变化会干扰无线电通信和GPS信号。

  其成像仪有5个通道(0.52~0.71微米、3.73~4.07微米、13.0~13.7微米、10.2~11.2微米、5.8~7.3微米),用于探测目标区域内的辐射和反射能量,提供地球表面、海洋、云覆盖及暴风雪的可见光和红外图像。

  其垂直探测器是1台多通道的离散滤波辐射计,有19个通道,其中1~7通道为长波,主要探测大气和地表温度;8~12通道为中波,主要探测地表温度、臭氧总量及水蒸气;13~18通道为短波,主要探测大气和地表温度;19通道为可见光,主要探测云层。它可独立操作,也能与成像仪同时操作,用于补充成像仪所获数据的不足,反演出有关大气温度和湿度的垂直剖面图、云顶温度以及臭氧分布。

  这一代卫星还能为异常气象信息管理网络(EMWIN)提供新的专用信道,更准确地提供有关暴风雪及其他天气现象的预报;星上的数据采集系统能接收并转发由遍布全球的雨量监测仪、测震仪、潮汐监测仪及气象站等收集到的数据;星上的搜寻-营救转发器具有察觉从舰船和飞机上发出的危险信号的能力。

  新星有新招

  美国第4代业务静止气象卫星虽没有惊人的变化,但其技术性能仍有不少提高,例如:

  通过增加超紫外探测器(EUV),高能质子、电子和α粒子探测器(EPEAD),磁性中子探测器(MAGPD)和8.5米长架双磁场计,改进了星上的空间环境监视器,使空间环境监测器的测量范围扩大。

  从“戈斯-O”起,包括13.3微米通道在内的星上成像仪的所有红外通道的空间分辨率都提高到4千米。星上装有一光学设备,能使成像仪和大气探测器免受卫星热变形影响。由于为成像仪和用于大气探测的副反射镜增加了热防护,所以能把太阳干扰造成的中断减小到最小。新开发的能力可保证星上成像仪和大气探测器辐射致冷器在在更低温度下工作,使其噪声、温度更低。

  另外,新一代卫星还安装了新的太阳X射线成像仪,它能更好地观测和收集太阳数据,是装备在目前这一代静地运转环境卫星上的成套设备之一。该仪器实际上是1台小型望远镜,用于监测太阳的状况和活动,提供太阳耀斑的早期预报,可每分钟拍摄一次太阳的炽热大气,为美国国家海洋大气局、航空航天局和美国空军提供最新的太阳耀斑信息,发布“太空天气”预报和预警,从而可以更好地了解影响地球环境的太阳的相关现象,以便确定太阳的活动是否会影响到空间和地面系统。这种早期预报是非常重要的,因为太阳的活动不仅影响航天飞机上航天员的安全,还影响军用及商业卫星通信。太阳耀斑会中断卫星和其他电子敏感系统的工作,在电网和远距离输电线路中产生感应电流,在磁性制导系统中产生导航错误,干扰卫星电路,使航天员遭受更多辐射。而获取太阳耀斑信息,有助于精确预报地磁风暴和太阳辐射风暴,故装载“太阳X射线成像仪”很重要。

  链接:“戈斯-N”卫星上的新型太阳X射线成像仪具有更高的空间分辨率。它与一些高端家用摄像机类似,具有主动内部振动补偿功能(卫星运动时,也能提供稳定的图片)。此外,由于它采用了更为复杂的计算机控制,使其能够自动反应太阳状态的变化。太阳X射线成像仪将观测太阳耀斑、日冕物质喷发、冕洞和电磁波谱6~60埃X射线范围内的活动区域。这些太阳活动是太空天气的主要干扰源,能引发地磁暴。它还将检查耀斑特性、新出现的活动区域和太阳上的X射线明亮点;提供对日冕的连续的近实时观测,每分钟都能获得全太阳盘面的图像。

  由于卫星采用了性能更加先进的转发器,其数据传输速度增加到300比特/秒和1200比特/秒。它的指令数据速率也从250比特/秒增加到2000比特/秒,遥测数据率则从2000比特/秒提高到4000比特/秒。

  该卫星以低速率数字信息传输的方式取代天气图广播业务,并通过专用的转发器支持紧急天气信息网络管理系统的服务,供数据产品分发和报警用。它不仅可以提供精确的图像导航和配准信息,还可以减少图像条纹的产生。

  卫星采用高效双结镓-砷太阳电池和镍氢电池,其中镍氢电池的电荷量为123安时,可连续进行业务运行。多项技术改进也使第4代静止气象卫星的设计寿命比第3代静止气象卫星多3年,即提高到10年,燃料寿命增加到13.5年。


 

未来的神眼

  美国第5代静止气象卫星正由洛马公司研制。它具有改良的卫星和设备技术,以及更快速的地面处理系统,可在更短时间内,以更高的空间分辨率和光谱分辨率提供更多的环境信息,满足大气、海洋、气候、太阳、空间的连续观测的要求,支持在生态、气候、天气、水、商业及运输方面的任务。它还将成为全球地面观测系统(GEOSS)的基石,该系统是由61个国家参与的国际地面观测系统。

  第5代静止气象卫星可以改善天气预报的及时性和准确性,也能改进探测和观测气象现象方面的支持。这主要是该星集成了先进基线成像仪和超光谱环境探测器等新型遥感器,并将采用增强型地面数据处理设备。这些改进将直接影响公众的安全和财产的保护以及社会经济的兴旺和发展。

  现已确定的第5代静止气象卫星有效载荷有:16个通道先进基本成像仪;1600个通道超光谱环境探测器,用于极端天气探测、海洋探测、海岸成像和陆地成像;静地闪电测绘仪;太阳射线成像仪;空间环境现场监测器。

  备选的星上科学仪器有:静止卫星微波探测器、日冕仪、超光谱成像仪和太阳辐射探测器。

  第5代静止气象卫星的独特之处是:由于卫星所要装载的仪器种类多,所以将不在1颗卫星上装载所有的仪器,而是在几颗卫星上分别搭载不同仪器,即每颗第5代静止气象卫星的有效载荷是不完全相同的。

  波音公司2005年11月3日宣布,该企业赢得一份价值1000万美元的合同,为第5代静止气象卫星进行项目定义。该合同的目的是分析卫星的需求,并通过将先进传感技术、地面数据处理、通信和指挥与控制结合起来,开发出一种能满足这些需求的系统解决方案。

  2006年2月22日,美国戈达德太空飞行中心授予洛马公司先进技术中心一份200万美元合同,研制第5代静止气象卫星上的静地闪电测绘仪。该仪器具有通过闪电监视全球范围对流活动的能力,它可提供风暴形成、分布、形态和演变的最新观测结果,并研究全球水循环和能源循环的核心机制。

  现有观测系统对云的特性的观测,在时间和空间上都不充分。用静地闪电测绘仪对闪电的观测,将为在陆地及其毗邻的大洋上方持续地透视云顶、探测对流活动提供一种普遍的方式。随着对风暴和天气系统动力学和寿命期观测的改进,静地闪电测绘仪可增进对大气对流快速程度的了解。与静地闪电测绘仪长期观测相结合,大大改进了对风暴气候变化观测,从而更好地了解地球系统。此外,由于云中闪电强度和数量的增加发生在恶劣天气出现前几十分钟,因此,静地闪电测绘仪数据的实时传输与分配将极大地改进风暴的预警时间,尤其是飓风的预警时间。

  链接:5月3日,俄罗斯从普列谢茨克发射场使用联盟-U运载火箭把1颗名为“宇宙-2420”(Kosmos 2420)的秘密军事载荷送入太空。它可能是Yantar 级或Kobalt级新型侦察卫星,能收集国际重要场所的高分辨率图像,然后利用可再入太空舱将这些高分辨率图像送回地面。此次发射由航天部队司令帕波夫金主持。俄罗斯航天部队的代表称,火箭于莫斯科时间5月3日21时38分起飞,21时47分钟卫星进入高度为168~337千米、倾角约67°的预定轨道,3分钟后卫星转由航天试验控制总中心控制。这是俄罗斯2006年发射的第1颗军用卫星,也是2006年全球成功进行的第17次发射。

  5月26日深夜,俄北方舰队从巴伦支海域的“叶卡捷琳堡”号核潜艇采用转型的RSM-54运载火箭,成功地将1颗名为“罗盘-2”的用于地震观测实验的卫星送入轨道。俄航天部队司令帕波夫金在谈到军用卫星的航天部署时称,俄侦察卫星轨道部署情况十分严峻,计划在近2年内替换老旧一代军用卫星,将发射服役期为7至10年的卫星。目前俄罗斯在太空轨道部署了95颗各种卫星,其中约60颗为军用卫星,但有25%没有完成服役期。2006年,俄军计划发射约10颗卫星。军用卫星包括导航卫星、通信卫星、弹道导弹发射早期预警卫星、电子侦察和照相侦察卫星、海洋侦察卫星。

经过多次推迟,原定2005年秋季升空的美国首颗第4代静止气象卫星“戈斯-N”(GOES-N,也译为“地球静止环境业务卫星-N”)终于在5月24日由“德尔它-4”火箭发射成功。入轨后它被命名为“戈斯-13”,被放置于“戈斯-12”(监视大西洋和美国东海岸)和“戈斯-10”(监视太平洋和美国西海岸)之间的轨道内。“戈斯-13”卫星最终向东移,替代“戈斯-12”,作为大西洋和墨西哥湾主要的飓风监视卫星。



美国第5代静止气象卫星工作示意图

 

图片附件: 发射戈斯-N的德尔塔IV运载火箭.jpg (2007-1-16 11:18, 54.26 K)



图片附件: 德尔塔IV火箭运载斯-N直上云霄.jpg (2007-1-16 11:18, 57.86 K)



图片附件: 把戈斯-N-装在火箭的适配器上.jpg (2007-1-16 11:18, 63.12 K)



图片附件: 戈斯-N进行发射前的准备.jpg (2007-1-16 11:18, 59.33 K)



图片附件: 美国戈斯-N静止气象卫星.jpg