哨兵－2A光学成像卫星发射升空

航天 · 2016-11-22 23:46:06

2015年6月23日，哨兵－2A（Sentinel－2A）卫星从库鲁航天发射中心由“织女星”（Vega）运载火箭发射升空。该卫星为“哥白尼”计划下多光谱成像任务中的首颗卫星，此后还将发射相同的哨兵－2B卫星。这2颗卫星由欧洲委员会（EC）和欧洲航天局（ESA）共同实施，用于全球高分辨率和高重访能力的陆地观测、生物物理变化制图、监测海岸和内陆水域，以及风险和灾害制图等，以支持欧洲斯波特－5（SPOT－5）和美国陆地卫星－7（Landsat－7）卫星数据的连续性。　　目前，ESA已公布哨兵－2A卫星于2015年6月27日传回的首批卫星图像。可以看到，图中的地球充满着各种色彩，俨然斑斓的仙境一般。ESA曾将哨兵－2A卫星携带的多光谱成像仪描述为“一个创新的宽幅高分辨率多光谱成像仪”，并宣称它将以一个全新的视角展现我们的地球和植被。　　1 卫星简介　　哨兵－2A运行在高度为786km、倾角为98.5°的太阳同步轨道上，降交点10:30。卫星设计寿命为7年（燃料可维持12年），尺寸为3400mm×1800mm×2350mm，发射质量1200kg，其中多光谱成像仪质量275kg，肼推进剂质量80kg。　　哨兵－2A采用天体平台－L（AstroBus－L）平台，该平台为欧洲空间标准化合作组织（ECSS）标准模块化平台，在轨寿命长达10年。卫星采用三轴姿态控制，无地面控制点图像定位精度20m，星敏感器直接安装在相机上，可获得更优的精度和稳定性。姿态与轨道控制分系统（AOCS）由双频GPS接收机（L1/L2码）、星跟踪器（STR）组件、速率测量单元（RMU）、冗余精确惯性测量单元（IMU）、磁强计（MAG）、粗地球太阳敏感器（CESS）、4个反作用轮（RW）、3个磁力矩（MTQ）、反作用控制系统（RCS）和单组元推进系统组成。星上装有1副太阳电池翼，展开面积为7.1m2，寿命初期总功率为2300W，寿命末期为1700W；锂离子蓄电池的电量为102A·h。下行链路采用X频段，速率为560Mbit/s，另外，其数据还可通过“欧洲数据中继卫星”（EDRS）激光链路传回地面。星上数据存储容量为2.4Tbit，遥测、跟踪和控制采用S频段天线。　　哨兵－2A卫星由ESA成员国与欧盟（EU）投资，空客防务与航天德国公司负责提供卫星平台，空客防务与航天法国公司负责提供有效载荷，同时，研制小组成员还包括德国耶拿光电公司（Jena Optronik）、法国Boostec公司、西班牙能源工程建设公司（Sener and GMV）。此外，法国国家空间研究中心（CNES）负责卫星在轨试运行期间的图像质量优化，德国航空航天中心（DLR）负责提供激光通信有效载荷，美国航空航天局（NASA）负责与其陆地卫星－8进行交叉定标。　　哨兵－2任务专用于全面和系统覆盖陆地表面（包括主要岛屿），目标是提供欧洲和非洲地区每15～30天的无云产品。为实现这一目标，提高任务有效性，需要运行由2颗卫星组成的星座，即哨兵－2A和2B，实现5天的几何重访时间。其中1颗哨兵－2卫星的重访时间为10天（陆地卫星－7为16天，“斯波特”系列卫星为26天）。哨兵－2B将于2016年7月由俄罗斯隆声号（ROCKOT）运载火箭从俄罗斯普列谢茨克发射场发射。　　2 主要有效载荷——多光谱成像仪　　多光谱成像仪（MSI）采用推扫式成像模式，含13个通道，工作谱段为可见光、近红外和短波红外，每10天更新一次全球陆地表面成像数据，每个轨道周期的平均观测时间为16.3min，峰值为31min。光谱分辨率为15～180nm，空间分辨率可见光10m，近红外20m，短波红外60m，成像幅宽290km，每轨最大成像时间40min。　　多光谱成像仪机械结构由3个反射镜、分光镜设备、2个焦平面和3个星敏感器组成。多光谱成像仪利用3个螺栓两脚架固定在卫星上，主结构尺寸为1.4m（长）×0.93m（宽）×0.62m（高），质量仅44kg。光学系统采用三镜消像散（TMA）设计，望远镜口径150mm，利用碳化硅（SiC）材料制成，可减少光学系统热变形。可见光和近红外（VNIR）焦平面基于单片集成互补金属氧化物半导体（CMOS）探测器制成，短波红外（SWIR）焦平面基于碲镉汞（MCT）探测器制成，两者混合在CMOS读出电路中。近红外和短波红外谱段的过滤，通过安装在探测器顶部的缝隙滤波器来实现。这些滤波器还可提供所需的光谱分离。　　多光谱成像仪还包括一台太阳校准与快门装置（CSM）。1.4Tbit的图像视频流获取后，在仪器内部进行数字化压缩。多光谱成像仪带有一台外部传感器组件，可以供姿态与指向参考，确保在图像校准前实现20m地面指向精度。　　哨兵－2的多光谱成像仪有13个谱段，从可见光到近红外至短波红外，空间分辨率从10～60m，可实现前所未有的陆地监测水平。　　3 激光通信　　与哨兵－1一样，哨兵－2也搭载了1台激光通信终端（LCT），并成为“欧洲数据中继卫星”的固定用户。激光通信终端为低轨-静轨光学通信链路，基于“X频段陆地合成孔径雷达”（TerraSAR-X）卫星搭载的激光通信终端设计，功率2.2W，光学孔径为135mm，通过“欧洲数据中继卫星”下行传输记录数据。ESA与空客防务与航天公司已于2015年2月签订协议， “欧洲数据中继卫星”将2015－2021年为哨兵－1和2提供高速通信服务，该协议可能持续至2028年。　　“欧洲数据中继卫星”类似于光纤技术，其作为“空间数据高速公路”将会提供高达1.8Gbit/s的空间激光通信速度。通过地球静止轨道通信卫星“欧洲数据中继卫星”将能提供从对地观测卫星、无人机和飞行器到地球的近实时数据传输。该系统将能为ESA提供更安全、更快速地下载大量图像数据的能力，帮助ESA发展环境监测、灾害响应和危机管理的能力。　　“欧洲数据中继卫星”的首个载荷将于2015年发射，而在此之前ESA则通过一个搭载在“阿尔法卫星”（Alphasat）上的有效载荷实现通信，该有效载荷由德国航空航天中心提供。“阿尔法卫星”于2013年7月发射，是欧洲最大的通信卫星，通过ESA与国际移动卫星公司（INMARSAT）间的公私合营方式研发。激光通信终端证明了激光技术从拥挤的低轨道收集信息，继而从位于36000km高的地球静止轨道上将信息传回地球的可行性。该终端于2013年11月在ESA位于特内里费岛（Tenerife）的光学地面站进行了测试，测试结果表明其性能良好，可以使用。　　激光通信与传统的无线电通信相比可以通过更高的速率传输更多的信息，这可以满足人类日益增长的对卫星通信服务的需求。由于“欧洲数据中继卫星”响应时间更快，一次性所接收的信息量更大，它将应用于“哨兵”系列卫星以及其他环境监测和减灾卫星上。据估计，“哥白尼”系统要求其空间数据高速公路每天要向地面传输6000Mbyte的数据，如果没有星地激光通信，其系统要求将很难得到满足。　　这个新通道同时解决了低轨道卫星无法传输关键时间的信息问题，这些低轨卫星只有在临近地面站时才能够传输数据，而在其他时间里只能将有效信息存储下来。这意味着在每个轨道上只有10min左右向地面传输的时间，这只占了每个轨道上总持续时间的1/10，而“欧洲数据中继卫星”将把通信时间延长至5倍。　　“欧洲数据中继卫星”将提供一个快速、可靠、无缝的电信网络，可根据需要在适当地点和适当时间从卫星实时获取数据。“欧洲数据中继卫星”的组织方式是ESA与空客防务与航天公司间的公私伙伴关系。在其组件于2015年和2016年完成发射后，将会为全世界用户提供完全的商业服务。届时，“哨兵”系列卫星将会证明空间激光通信的效力。　　4 地面段　　对于“哥白尼”计划的运行，ESA定义了“哥白尼”核心地面段的概念和框架，包括飞行运行段（FOS）和有效载荷数据地面段（PDGS）。哨兵－1和2的飞行运行与任务控制由欧洲空间运行中心（ESOC，位于德国达姆施塔特）负责，哨兵－3卫星和哨兵－4、5载荷由欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）负责。　　地面段包括如下2部分：　　1）飞行运行段：该段负责哨兵－2的所有飞行运行，包括监测与控制，执行所有平台活动和有效载荷进度指令。飞行运行段的工作由位于德国达姆施塔特的欧洲空间运行中心（ESOC）完成，该中心包括地面站和通信网、飞行运行控制中心和通用通信网络。　　2）有效载荷数据地面段：该段负责哨兵－2有效载荷和数据下传计划，数据获取、处理、存储和交付，用于与FOS协调过程中的有效载荷和平台全面监测。　　有效载荷数据地面段主要由如下4个部分组成：　　1）4个核心地面站（CGS），分别位于意大利马特拉齐（Matera）、西班牙拉斯帕尔马斯省（Maspalomas）、挪威斯瓦尔巴特群岛（Svalbard）和美国阿拉斯加（Alaska）；　　2）2个冗余处理/存档中心（PAC），分别位于英国法恩伯勒（Farnborough)和西班牙马德里（Madrid）；　　3）1个任务执行中心（MPC），位置待定；　　4）1个有效载荷数据管理中心（PDMC），位于意大利弗拉斯卡蒂的ESA对地观测中心（ESRIN）。　　5 数据产品　　根据“哨兵”数据政策，哨兵－2A卫星数据将全面和公开向用户提供。　　　　……　　文章选自卫星应用，如需详情请查阅该期刊。

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册