气象卫星有效载荷技术
高分一号、高分二号卫星分辨率及技术指标
800km（4 台相机 组合）
重访周期（侧摆
时）
4天
覆盖周期（不侧
摆）
41 天
4天
高分二号
高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨优于 1 米的民用光学遥感卫星可在遥感集市平台中查 询到，搭载有两台高分辨率 1 米全色、4 米多光谱相机，具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速 姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。
GF-1 卫星轨道和姿态控制参数
参数
指标
轨道类型
太阳同步回归轨道
轨道高度
645km（标称值）
倾角
98.0506°
降交点地方时
10:30 AM
侧摆能力（滚动）
±25°，机动 25°的时间≦200s，具有应急侧摆（滚动）±35°的能力
GF-1 卫星有效载荷技术指标
参数
2m 分辨率全色/8m 分辨率 16m 分辨率多光谱
“高分一号”是我国高分辨率对地观测卫星系统重大专项(简称“高分专项”)的第一颗卫星。“高分 专项”于 2010 年 5 月全面启动，计划到 2020 年建成我国自主的陆地、大气和海洋观测系统。尽管该 “专项”主要是民用卫星，但外国专家认为，由于分辨率较高，也具备相当价值的军事用途，识别飞 机、坦克已经不成问题。
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高分一号、高分二号卫星分辨率及技术指标
高分一号
高分一号卫高分一号卫星是中国高分辨率对地观测系统的首发星，突破了高空间分辨率、多光谱与 宽覆盖相结合的光学遥感等关键技术，设计寿命 5 至 8 年。 高分辨率对地观测系统工程是《国家中长 期科学和技术发展规划纲要(2006～2020 年)》确定的 16 个重大专项之一，由国防科工局、总装备部 牵头实施。
雷神为新一代气象卫星系统提供技术支持
规划 ，除 了支 持 Ｎ Ｓ Ａ Ａ未来 的航天 器外 ，还将 承 开发 飞 船 的公 司中 ，Ｓｅｒ Ｎ ｖｄ 司 已经 与 ｉｒ ｅａ ａ公 ａ
揽 商业 、军 用和 国际客户 。 Ｎ Ｓ Ａ Ａ达成 使用 肯尼迪航 天中心设 施 的协议 ，但
产 业 动 态 及 分 析
威
噎 器
波音 并不 向 Ｎ Ｓ Ａ Ａ支付任 何租 金。Ｎ Ｓ Ａ Ａ将 还不足 过去几年航 天飞机在佛罗里 达就业 的 １１ ／０
设施转交给 Ｓ ａｅＦ ｒａ ｐ ｃ ｌ ｉ ，由其负责与波音的租 （ ｏｄ 政府提供的岗位除外 ） 。
借 协议 。肯尼 迪航 天中心正 在起草一 个总体 修整
元的预算 ，但美国众参两院分别 消减到 ３１ ．２亿美 环境数据记 录 ，满足 Ｎ Ａ Ｏ Ａ和美国空军气象部 门 元和 ５亿美元 。
对关键天气的预报需求。 另据 报道 ，面对 美 国将 在未 来 １ ０年大 幅 消
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
波音预期未 来 ４年 在肯尼 迪航天 中心将创 造
５ ０个 高技术 岗位 ，２ １ ５ ０ ２年底达到 １ Ｏ 。但这 减国防预算经费的计划，瑞士信贷银行 （ ｒｄ ４人 Ｃｅ ｉ ｔ
３号 机 库长 约 ６ ０米 ，宽 约 ５ ３米 ，高约 ２ 尚未 像 波 音 一样 与 Ｓ ａｅＦｏｉ ０ ９ ｐ ｃ ｌｒａ达成 协 议 。肯 ｄ
米 。其最后一次使用是在 ２ １ 年 初的“ ０ １ 发现者 号” 尼 迪 航 天 中 心 的 主 管称 ，其 它建 筑将 很容 易 出
２ ｌ ．ｌ ４５ Ｏ １１
一
析
ｓｒ ｍ ｉ Ｓ ｉｅ ｕ ｓ ）的相 关分 析师称 ，雷 神公 司 目前 正处于 道 ，Ａ ｔ ｕ 卫 星 公 司 将 为 直 播 电 视 集 团 公 司 ｓ Ｄｒ Ｔ ｕ ）建 造 一 颗 Ｄ ｃ Ｖ １ 信 广 ｅ ｒ ｉ Ｔ ５通 ｒ ｅ 应对 国防预 算消减的最佳 时期。这原 于雷神公 司 （ ｉ ｃ Ｖ Ｇ ｏ ｐ ｉ Ｔ ５是 Ａ ｔｕ 公 司 有 史 以 来 ｅ ｓｒ ｍ ｉ 产品的多元 化以及对不 断减少 的战争补充预算 的 播 卫 星。Ｄｒｃ Ｖ １
211014288_国外卫星搭载有效载荷发展综述
㊀V o l．３２㊀N o．１㊀１１６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３２卷㊀第１期㊀２０２３年２月国外卫星搭载有效载荷发展综述王久龙㊀徐晨阳㊀曾文彬㊀蔡盛(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春㊀１３００３３)摘㊀要㊀分析了搭载有效载荷的概念,给出了宿主卫星平台与搭载有效载荷的接口关系,阐述了搭载有效载荷在降低航天成本㊁分散任务风险及实现快速发射等方面的优点和挑战;调研了近年来国外搭载有效载荷在遥感成像㊁卫星通信㊁定位导航㊁导弹预警等领域的发展现状,梳理了几个代表性的搭载有效载荷项目的发展背景㊁系统组成㊁技术指标,如商业搭载红外有效载荷㊁广域增强系统㊁专用超高频通信有效载荷㊁天基杀伤评估系统;分析了搭载有效载荷在天基侦察㊁预警探测卫星通信系统㊁高轨空间态势感知等领域的应用前景,提出了制定平台与载荷标准化接口㊁建立合理有效载荷价格模型等建议.关键词㊀搭载有效载荷;宿主卫星;卫星通信;天基杀伤评估;态势感知;价格模型中图分类号:V４７４ ２㊀㊀文献标志码:A㊀㊀D O I:１０ ３９６９/j i s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２３ ０１ ０１６R e v i e wo nD e v e l o p m e n t o f F o r e i g nH o s t e dP a y l o a d sWA N GJ i u l o n g㊀X U C h e n y a n g㊀Z E N G W e n b i n㊀C A I S h e n g(C h a n g c h u n I n s t i t u t e o fO p t i c s,F i n eM e c h a n i c s a n dP h y s i c s,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,C h a n g c h u n１３００３３,C h i n a)A b s t r a c t:T h e c o n c e p t o f h o s t e d p a y l o a d s i s a n a l y z e d,t h e i n t e r f a c e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e h o s t s a t e l l i t e p l a t f o r m a n d p a y l o a d si s g i v e n,a n dt h ea d v a n t a g e sa n d c h a l l e n g e s o f p a y l o a d si n r e d u c i n g a e r o s p a c ec o s t s,d i s p e r s i n g m i s s i o nr i s k s,a n da c h i e v i n g r a p i dl a u n c ha r ee x p o u n d e d．T h e d e v e l o p m e n t h i s t o r y o f f o r e i g nh o s t e d p a y l o a d s i n t h e f i e l d s o f r e m o t e s e n s i n g i m a g i n g,s a tＧe l l i t e c o mm u n i c a t i o n s,p o s i t i o n i n g a n d n a v i g a t i o n,a n dm i s s i l e e a r l y w a r n i n g i n r e c e n t y e a r s i s i nＧv e s t i g a t e d,a n dt h ed e v e l o p m e n tb a c k g r o u n d,s y s t e m c o m p o s i t i o n,a n dt e c h n i c a l i n d i c a t o r so f s e v e r a l r e p r e s e n t a t i v e c o mm e r c i a l p a y l o a d p r o j e c t s a r e r e v i e w e d,f o r i n s t a n c e,c o mm e r c i a l l y h o sＧt e d i n f r a r e d p a y l o a d,w i d e a r e a a u g m e n t a t i o n s y s t e m,UH Fc o mm u n i c a t i o n p a y l o a d,s p a c eＧb a s e d k i l l a s s e s s m e n t．T h ea p p l i c a t i o n p r o s p e c t so fh o s t e d p a y l o a di ns p a c eＧb a s e dr e c o n n a i s s a n c ea n d e a r l y w a r n i n g d e t e c t i o n,s a t e l l i t ec o mm u n i c a t i o ns y s t e m,G E O s p a c es i t u a t i o na w a r e n e s sa n d o t h e r f i e l d s a r e a n a l y z e d．S o m e s u g g e s t i o n s a r e p u t f o r w a r d,s u c h a s f o r m u l a t i n g s t a n d a r d i z e d i nＧt e r f a c eb e t w e e n p l a t f o r ma n d p a y l o a d a n d e s t a b l i s h i n g r e a s o n a b l e p a y l o a d p r i c em o d e l．K e y w o r d s:h o s t e d p a y l o a d;h o s t s a t e l l i t e;s a t e l l i t e c o mm u n i c a t i o n;s p a c eＧb a s e dk i l l a s s e s s m e n t; s i t u a t i o n a l a w a r e n e s s;p r i c em o d e l收稿日期:２０２２Ｇ０９Ｇ２２;修回日期:２０２３Ｇ０１Ｇ１０基金项目:中国科学院青年创新促进会会员资助项目(２０１９２２６)作者简介:王久龙,男,硕士,助理研究员,研究方向为光电载荷总体设计.E m a i l:w a n g j i u l o n g＠c i o m p．a c．c n.通讯作者:蔡盛,男,博士,研究员,研究方向为空天地一体化光电对抗.E m a i l:c a i s h e n g＠c i o m p．a c．c n.㊀㊀近几年来,随着航天技术的不断发展和航天产业的日益扩大,以低轨巨型星座[１]为代表的商业航Copyright©博看网. All Rights Reserved.天得到迅速推进,航天产业呈现新的发展态势,大规模低成本进入太空的时代已经来临.同时,为保持太空优势和太空行动自由,美国等发达国家全面调整了太空发展策略[２],提出以下一代太空体系架构㊁ 黑杰克 项目等为典型代表的计划,改变了以往以大型复杂单星为主的模式,将建设重点转向由多颗小卫星组成的灵活㊁弹性㊁敏捷的低轨星座.搭载有效载荷已经成为太空体系弹性发展的重要方式之一,为推动相关技术发展,美国提出了一系列重要举措.２０１０年,美国«国家太空政策»强调要联合采办可靠㊁进度符合政府要求,且费效比高的航天发射服务和搭载有效载荷,明确提出鼓励政府发展搭载有效载荷,提高空间态势感知和轨道碎片的监测能力.２０１１年,美国波音㊁洛马㊁劳拉㊁轨道科学㊁欧洲卫星协会㊁国际通信卫星㊁铱星等７家公司发起成立搭载有效载荷联盟,旨在架起政府和私营企业的沟通桥梁,促进搭载有效载荷的实施.２０１３年,美国海军研究生院开展了搭载有效载荷的应用研究,建立了基于搭载有效载荷的天基局部空间态势感知架构,将搭载有效载荷放置在宿主卫星平台前后方,以对局部空间区域进行长期观测,实现威胁自感知㊁目标检测和碰撞预警,为实现天基态势感知提供了新的解决思路[３].２０１５年,美国空军发布«在商业卫星上搭载军用载荷指南»[４],分析了在商业卫星上搭载有效载荷面临的挑战,成立搭载有效载荷管理办公室,简化相关项目的授予流程,促进商业卫星搭载空军有效载荷的实施.２０１８年,基于通用仪器接口项目,N A S A联合空军空间和导弹中心的搭载有效载荷办公室以及航天公司发布«搭载有效载荷接口指南提案»[５],描述了搭载有效载荷与宿主平台之间的接口协议,包括尺寸㊁质量㊁功率和传输速率,旨在为相关组织开发基于低轨或高轨卫星有效载荷提供标准.为了研究搭载有效载荷的发展现状和军事应用价值,本文系统性的梳理了搭载有效载荷的概念和发展历程,总结了典型项目的系统概况㊁指标参数,并提出相关建议.１㊀搭载有效载荷概念搭载有效载荷[６]是指除主要载荷外搭载在卫星平台上的㊁为满足特殊需求而设计的额外载荷(如转发器㊁传感器或者其他星载设备).搭载有效载荷与主要有效载荷共用一个卫星平台,使用户能够快速高效且低成本的将有效载荷送入太空.在某些情况下,搭载有效载荷也被称为二级有效载荷或寄宿有效载荷.宿主卫星平台为搭载有效载荷提供结构㊁能源和通信等资源,二者物理连接和传输接口关系如图１所示.图１㊀搭载有效载荷接口F i g １㊀H o s t e d p a y l o a d i n t e r f a c e s搭载有效载荷的费用仅是研制㊁发射与运行整颗卫星费用的一小部分,可以有效降低卫星建设和部署成本,因此,逐渐受到业界的广泛关注,尤其是面临预算压力的机构.当然,在卫星平台上搭载有效载荷也面临一些挑战,比如怎样实现宿主卫星平台与搭载有效载荷的接口标准化㊁如何确保搭载有效载荷与宿主卫星的研制周期相一致㊁怎么改变用户对传统卫星项目的管理方法㊁如何确定搭载有效载荷的价格等.２㊀国外发展现状搭载有效载荷在国外已经初步得到广泛的应用,任务领域包括空间态势感知[７]㊁碎片监测[８]㊁激光通信[９]㊁定位导航[１０]以及气象监测[１１]等领域;按照载荷的任务类型,本文从环境监测类载荷㊁技术试验类载荷以及专用转发器类载荷角度出发,介绍近年来国外搭载有效载荷的发展动态.２ １㊀环境监测类载荷为了研究空间天气对气候㊁全球定位系统㊁电力传输㊁高频无线通信以及卫星通信的影响,N A S A牵头研制了太阳X射线成像仪(S X I S o l a rXＧr a y)[１２],工７１１㊀㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王久龙等:国外卫星搭载有效载荷发展综述Copyright©博看网. All Rights Reserved.作波段为０ ６~６ ０n m,可每分钟成像一次,每周７ˑ２４h运行,２００１年搭载环境观测卫星Ｇ１２(G E O SＧ１２)发射.２００５年,由美国劳拉空间系统公司建造㊁日本国土交通省和日本气象厅运营的地球静止卫星多用途运输卫星ＧI R(MT S A TＧI R)发射升空,搭载了航空类和气象类２种有效载荷,航空类载荷分为通信载荷和导航载荷,为飞机提供通信和导航服务;气象类载荷由１个可见光(分辨率１k m)成像载荷㊁４个红外(分辨率２~４k m)成像载荷以及１个气象通信载荷(S频段㊁U H F频段)组成.２００８年,为执行对地观测任务,美国军方将可见光C C D相机作为有效载荷搭载在美国回声星ＧX I(E c h o S t a rＧX I)和中圆轨道ＧG１(I C OＧG１)卫星发射升空.２０１１年,为降低下一代天基红外预警系统的研制风险,美国空军启动了商业搭载红外有效载荷(C H I R P)项目[１３],即用于导弹预警的宽视场红外传感器,搭载平台为欧洲卫星公司２号卫星(S E SＧ２).２０１８年,美国导弹防御局启动天基杀伤评估(S K A)项目[１４],利用天基传感器获取导弹拦截状态,并对拦截效果进行评估,为后续拦截提供支持.２０１７年,为解决航天器异常㊁识别潜在敌对行为提供详细的空间辐射数据,美国空军启动商业搭载的响应式环境评估(R E A C H)[１５]项目,在铱星(I r i d i u m)星座上搭载３２个有效辐射载荷.２ ２㊀技术试验类载荷搭载有效载荷为新技术的正式太空部署提供了一种测试㊁演示与验证的新方式,美国军方㊁N A S A 等部门都纷纷利用这种方式进行新技术的试验.２００９年,为在轨验证思科公司的空间路由能力,美国国防部将空间因特网路由(I R I S)[１６]有效载荷搭载在国际通信卫星Ｇ１４上发射升空,该载荷质量９０k g,功率４５０W,体积０ １２７m３,用户数据率６０M b i t/s.２０１１年,为验证地球同步轨道与地球之间双向激光中继通信的效果,美N A S A启动了激光通信中继演示(L C R D)项目[１７],载荷由２个单独的收发光通信终端和１个高速电子单元组成,地面系统由１个任务运营中心和２个地面站组成,２０２１年１２月搭载空间测试计划卫星Ｇ６(S T P S a tＧ６)上发射,初步研究结果表明:激光通信传输速率比射频高１０~１００倍,可满足空间科学和爆炸领域对更高数据速率的日益增长的需求.２０１８年,为将可释放的有效载荷运送到地球同步轨道,降低天基系统研制成本,作为 凤凰 计划[１８]的一部分,美国国防部先进研究计划局启动了有效载荷在轨交付系统(P O D)[１９]项目,将由４颗小卫星构成的P O D发射成功,顺利进入地球同步转移轨道.２ ３㊀专用转发器类载荷专用转发器作为搭载有效载荷,不仅可提供可靠的通信能力,还能够根据用户需求选择特定通信频段,已逐渐成为各国快速构建天基通信能力的主要手段.２００３年,澳大利亚国防部在民用澳普图斯ＧC１(O p t u sＧC１)卫星平台上搭载了军用U H F/X/K a频段的通信载荷[２０],U H F频段有５个５k H z和１个２５k H z 的转发器,用于低数据速率双向语音和数据通信;X 频段有４个６０MH z的转发器,用于中高数据速率单向㊁双向视频以及语音㊁数据通信;K a频段有４个３３MH z有源转发器和１个备用转发器,用于中高数据速率覆盖和双工视频㊁语音和数据通信.２０１２年,由国际通信卫星公司为主承包商,携带澳大利亚国防部队专用超高频有效通信载荷(A D FU H F)的国际通信卫星Ｇ２２(I n t e l S a tＧ２２)发射升空,载荷由波音公司研制,具有１８个U H F转发器,频率为２５k H z,此外该星还搭载４８个C频段转发器㊁２４个K u频段转发器.２００５年,由美国劳拉航天公司和西班牙共同研制的 X星Ｇ欧洲 (X T A RＧE U R)通信卫星发射升空,搭载了北约可配置X频段载荷,具有１２个７２MH z的转发器,总功率１００W,用于加强西班牙与北约军事㊁外交和保密通信业务.２００６年,由美国劳拉公司研制的西班牙军用电信卫星(S p a n s a t)发射升空,搭载有效载荷为在轨可重构多波束天线(I R M A)[２１],该天线的４个波束可以从地面单独重新定向,无需移动天线本身,主要服务于西班牙国防部,与X T A RＧE U R卫星一起使用,为军事行动㊁图像传输㊁大使馆服务和政府通信提供支撑.２００８年,美国海岸警卫队将国家自动识别系统(N A I S)的甚高频通信载荷搭载在轨道通信卫星(O r b c o m m)上发射升空,该载荷质量３k g,功率８W,体积０ ００３m３,数据率１０k b i t/s,用于增强现有的自动识别系统,实现海域态势感知.２００５年,美国联邦航空管理局将广域增强系统[２２]的L频段转发器作为有效载荷搭载在银河Ｇ１５(G a l a x yＧ１５)卫星以及加拿大阿尼克ＧF１R通信(T e l e s a t A n i kＧF１R)卫星上发射升空,此后又分别于２００８年㊁２０１６年㊁２０１７年㊁２０２２年搭载国际海事卫星Ｇ４F３(I n m a r s a tＧ４F３)㊁墨西哥Ｇ９通信卫星(S a t m e xＧ９)㊁欧洲卫星公司１５号卫星(S E SＧ１５)以及银河Ｇ３０(G a l a x yＧ３０)卫星进行补充发射.２０１１年,搭载K a频段通信载荷[２３]的高吞吐量卫讯卫星Ｇ１(V i a S a tＧ１)发射升空,该载荷发射频率为２８ １~３０ ０G H z,接收频率为１８ ３~２０ ２G H z,质量８１１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３２卷㊀Copyright©博看网. All Rights Reserved.３４k g,功率１８５W,用户速率可达１０M b i t/s,设计寿命１５年,主要为加拿大农村地区提供高质量宽带服务.２０１２年,欧洲卫星公司５号卫星(S E SＧ５)成功发射,主载荷为２４个C频段和３６个K u频段转发器,搭载有效载荷为L１和L５频段的转发器,作为欧洲地球静止导航重叠服务(E G N O S)[２４]一部分.２０２２年,美国空军通过其增强型极地系统资本重组(E P SＧR)计划完成２颗超高频通信有效载荷研制,旨在为北极地区的美军提供安全㊁抗干扰的卫星通信能力,计划２０２３年搭载在挪威太空公司的北极卫星宽带任务上发射.３㊀典型实例近年来,国外成功开展了多项搭载有效载荷应用案例,领域覆盖导弹预警㊁定位导航㊁卫星通信㊁杀伤评估等方面,本文选取其中比较有代表性的项目进行介绍,如商业搭载红外有效载荷㊁广域增强系统㊁澳大利亚国防部超高频通信有效载荷㊁天基杀伤评估,分析搭载有效载荷的应用现状.３ １㊀商业搭载红外有效载荷商业搭载红外有效载荷(C H I R P)由美国空军于２０１０年提出,在一颗商业地球静止轨道卫星上搭载一个军用红外载荷,通过在轨收集红外数据,以研究用于导弹预警和防御的宽视场相机㊁红外凝视型传感器的性能.历经３９个月的研发,于２０１１年９月搭载S E SＧ２卫星发射升空,在轨运行２７个月后于２０１３年１２月正式停止使用,运行期间共采集超过３００T红外数据,为美国空军分析７０多次导弹/火箭发射事件以及１５０次其他红外事件提供帮助.C H I R P上的宽视场红外望远镜由科学应用国际公司开发,长㊁宽㊁高尺寸为７５c mˑ５４c mˑ７５c m,质量为７５k g,探测波段包括短波红外㊁中波红外以及直视地表波段(S e eＧt oＧG r o u n d),像素规模２０００ˑ２０００,可实现对１/４地球圆盘凝视观测,外观结构如图２所示.图２㊀C H I R P红外载荷F i g ２㊀C H I R P i n f r a r e d p a y l o a dC H I R P载荷的宿主平台为地球同步轨道通信卫星S E SＧ２,卫星平台为轨道科学公司开发的S T A R ２ ４,包含一个标准化的次级载荷接口㊁专用的有效载荷热辐射器以及由宿主转发器提供的任务数据通信模块,C H I R P载荷在宿主平台上的布局如图３所示.图３㊀安装在宿主机上的C H I R P载荷F i g ３㊀C H I R P p a y l o a dm o u n t e do nh o s t㊀㊀C H I R P的任务目标包括:(１)提供实战环境数据,开发和评估宽视场(W F O V)地球圆盘凝视算法;(２)验证凝视算法的性能;(３)使用大规模焦平面阵列(F P A)评估W F O V 性能;９１１㊀㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王久龙等:国外卫星搭载有效载荷发展综述Copyright©博看网. All Rights Reserved.(４)评估卫星平台对W F O V传感器约束边界,包括视轴稳定性㊁热稳定性指标和性能.３ ２㊀广域增强系统广域增强系统(W A A S)是美国专为民航开发的基于卫星的导航增强系统,该计划始于１９９２年,由美国联邦航空局负责实施,２００３年７月１０日开始运行. W A A S由３８个广域监测站㊁３个广域主控站㊁７颗地球静止轨道卫星㊁６个地面上行注入站㊁２个操作控制中心以及陆地通信网络组成(见图４),可覆盖美国本土㊁阿拉斯加㊁加拿大和墨西哥等大部分北美地区[２５].图４㊀WA A S系统体系架构F i g ４㊀WA A Sa r c h i t e c t u r e㊀㊀第１１届中国卫星导航年会上,美国国务院空间事务办公室指出WA A S为北美４７００多个民航机场提供带垂直引导的航向道进近程序(L P V)服务,其中１０００多个民航机场具备决断高度为６０ ９６m的带垂直引导的航向道进近程序(L P VＧ２００)能力,达到I类精密进近操作(C A TＧI)服务水平[２６].近年来,美国政府积极采用搭载有效载荷的方式开展WA A S系统的研究工作.２００５ ２００８年,美国联邦航空管理局采用在商用通信卫星上搭载有效载荷的方式,将L频段转发器托管在G a l a x yＧ１５㊁T e l e s a t A n i kＧF１R㊁I n m a r s a tＧ４F３卫星上,有效载荷质量为６０k g,功率达到３００W,体积为１m３,用户数据率为１０M b i t/s.２０１６年６月,WA A S系统有效载荷搭载S a t m e xＧ９卫星发射升空,并于２０１８年３月投入使用,以取代I n m a r s a tＧ４F３卫星上的旧载荷;２０１７年５月,W A A S系统有效载荷搭载S E SＧ１５卫星发射升空,并于２０１９年７月投入使用,以取代G a l a x yＧ１５卫星上的旧载荷;２０１８年,美国莱多斯公司击败雷神公司获得联邦航空管理局１ １７亿美元订单,用于开发第７代静止轨道通信载荷,２０２０年８月搭载G a l a x yＧ３０卫星发射升空,２０２２年４月投入使用.图５展示了W A A S系统历史上所使用的商业卫星平台.图５㊀WA A S的卫星F i g ５㊀WA A Ss a t e l l i t e s０２１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３２卷㊀Copyright©博看网. All Rights Reserved.３ ３㊀澳大利亚国防部U H F有效载荷超高频(UH F)是指工作波长范围为１m~１d m㊁频率为３００~３０００MH z的无线电波,广泛用于军事卫星通信领域,特别适合陆地㊁海上㊁空中部队使用的移动手持终端[２７].为了给部署在中东和阿富汗地区的澳大利亚军队提供超高频通信能力,２００９年４月,澳大利亚国防部与国际通信卫星(I n t e l s a t)公司签订１ ６７亿美元合同,购买国际通信卫星Ｇ２２(I n t e l s a tＧ２２)卫星上的超高频段载荷的全部容量,即１８个２５k H z信道;根据合同要求, I n t e l s a t公司负责A D F UH F有效载荷的研制㊁集成和运管,并且在卫星发射后的１５年间为澳大利亚提供相关的载荷管理服务,包括超高频通信系统监控和在轨测试等[２８].２０１２年３月,I n t e l s a tＧ２２卫星发射成功,运行在星下点７２ʎE的地球同步轨道上, A D FUH F有效载荷拥有１８个２５k H z的大功率转发器,总体积为８m３,约占I n t e l s a tＧ２２卫星总有效空间容量的２０％,质量为４５０k g,功率为２k W.据澳大利亚政府估计,在A D F UH F载荷的１５年寿命中,与单独发射卫星相比,采用搭载有效载荷的方式可以节省１ ５亿美元.３ ４㊀天基杀伤评估系统美国２０１４财年«国防授权法案»要求美国导弹防御局应为地基中段防御系统提供改进的杀伤评估系统,并最晚在２０１９年１２月３１日前具备初始作战能力[２９].于是,２０１４年４月,导弹防御局启动天基杀伤评估项目,截止到２０１９财年,总研发经费１ ２亿美元,实现了在轨初步运行.单个S K A传感器质量约１０k g,由１个高速光谱传感器㊁１个高速偏振成像传感器和１个高速偏振非成像传感器组成[３０],从图６可以看出,３个传感器共用一套处理器㊁控制器和基座.高速光谱传感器用于对拦截中产生的辐射㊁热和光谱等信息进行成像,高速偏振传感器主要用于确定拦截时产生物质(碎片㊁颗粒㊁等离子体㊁气体等)的粒度分布,以确定弹头的类型.迄今为止,美国国防部和导弹防御局未公布S K A载荷具体搭载在何种卫星上,结合美国２０１７财年导弹防御局预算申请文件[３１]以及第二代铱星系统(I r i d i u m N E X T)发射计划,推测S K A载荷部署在I r i d i u m N E X T通信卫星星座中的２２颗卫星上.I r i dＧi u m N E X T卫星可以搭载多个有效载荷,每个载荷的质量约为５０k g,体积３０c mˑ４０c mˑ７０c m,平均功率５０W(峰值２００W),载荷的安装方向可以选择向下或向卫星运行速度矢量方向.S K A对美国弹道导弹防御系统至关重要,可与弹道导弹防御系统的指挥控制元件连接,具备实时任务处理和报告能力,可与雷达数据融合用于综合的㊁多现象学评估,主要用确定目标是否被拦截㊁确定目标的类型㊁确定是否是正面撞击㊁确定目标是否被摧毁等问题.S K A工作过程包括３个步骤:第一步是通过高速光谱和偏振传感器获取拦截状态信息,如拦截产生的热辐射㊁高速碎片㊁等离子体;第二步是进行拦截时间评估,通过与毁伤数据库㊁拦截弹数据库㊁目标数据库对比,建立基于时间序列的拦截时间评估模型,判断拦截目标类型以及是否正面拦截;第三步是杀伤效果评估,利用耦合热力学和流体力学激波物理代码和材料碎裂特征,建立基于物理的目标拦截特征模型,以评估目标是否被摧毁,并给出是否需要二次拦截建议[３２].图６㊀天基杀伤评估传感器F i g ６㊀S p a c eＧb a s e dk i l l a s s e s s m e n t s e n s o r４㊀展望与思考在未来空间安全的形势下,太空已成为与陆㊁海㊁空㊁电㊁网并列的作战域,各国围绕太空的军事竞争与较量不断升级.通过对国外搭载有效载荷的发展分析,可以看出:美国等国积极开展与其他国家㊁商业机构和国际组织的合作,寻求采用搭载有效载荷的方式提升太空装备的弹性,确保在对抗环境下依然具备强大的用天能力.经过长期的发展,搭载有效载荷已经广泛应用导弹预警㊁定位导航㊁卫星通信㊁杀伤评估等方面,正在逐步形成在轨应用能力.结合国外搭载有效载荷的主要用途,以及针对当前搭载有效载荷面临的主要问题,本文给出以下思考与建议.４ １㊀搭载低轨商业卫星,构建天基侦察探测预警体系高超声速飞行器㊁超音速隐身战机等空天目标１２１㊀㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王久龙等:国外卫星搭载有效载荷发展综述Copyright©博看网. All Rights Reserved.具有速度快㊁机动能力强㊁目标特性不明显等特性,仅依靠单一的天基探测平台很难实现快速捕获与稳定跟踪.为了探测㊁预警㊁跟踪和识别高超声速飞行器在内的先进空天目标威胁,美国正大力发展新一代天基低轨预警系统,包括太空发展局的国防太空七层体系架构和导弹防御局的超声速与弹道跟踪天基探测器.未来,加快推动研制更具弹性和生存能力的天基低轨星座的同时,应积极推动低轨小卫星搭载光学㊁红外有效载荷的方案论证和系统研制,构建功能完备的全天时㊁全天候天基侦察探测预警体系,逐步实现对重点区域乃至全球范围内高超声速飞行器㊁F２２隐身飞机等空天目标全生命周期的探测Ｇ识别Ｇ预警Ｇ对抗.４ ２㊀依托低轨卫星星座,提升军用卫星通信系统弹性在未来战争中,太空是最先介入的作战领域,专用的军事通信卫星首当其冲遭受攻击.近年来,低轨通信卫星星座依靠其传输时延低㊁覆盖范围广㊁数据带宽高等特点,已掀起各国的研究热潮,国外代表性系统有二代铱星㊁一网(O n e W e b)㊁星链(S t a r l i n k)等,我国也提出 鸿雁 ㊁ 中国星网 等计划.在低轨星座上搭载定制的通信有效载荷具有广泛的应用前景,不仅可构建全球无死角高速卫星军事通信网,使天基信息传输能力得到空前提升;还可以建立大容量㊁低延迟㊁高速率的天基信息指挥平台,实现对无人系统的远程控制㊁信息共享㊁目标分配和智能决策,提升联合作战指挥效能.４ ３㊀弥补现有系统不足,增强高轨空间态势感知能力地球同步轨道上运行着通信㊁气象㊁数据中继㊁电子侦察㊁导弹预警等高价值大型卫星,对这类卫星的监视具有重要的战略意义.传统的空间态势感知主要依靠地基雷达和大型天基系统,地基监视系统存在盲区,而且容易受到天气和大气环境的影响,可能发生观测误差;天基监视系统虽然能够全天时㊁全天候的工作,但是系统建设成本昂贵㊁建设周期长.随着空间碎片急剧增加㊁空间目标机动性提升,传统的空间态势感知手段面临极大挑战.通过在高轨卫星上搭载有效载荷的模式,同时发展近场威胁感知技术㊁主被动防护技术,快速形成周边全空域㊁大范围㊁高时效性的长期持续监视㊁碰撞预警能力,从而提高天基高价值资产在强对抗环境下的态势感知能力.４ ４㊀升级系统设计理念,制定平台与载荷标准化接口为宿主卫星平台㊁载荷制定统一的接口与参数标准,对于加快搭载有效载荷的建设和应用具有重要意义.统一的接口标准有助于打破平台与载荷无法互联㊁各自为战的局面,促进搭载有效载荷与宿主卫星平台在尺寸㊁质量㊁功率方面的兼容.未来,卫星平台厂商与有效载荷研制单位应积极参与标准接口制定工作,对不同功能和类型的卫星平台㊁有效载荷㊁相关器件进行广泛的标准化讨论,加快通用化的接口规范制定,并建立高效合理的设计㊁制造㊁发射和使用流程,逐步完善搭载有效载荷的全链条应用.４ ５㊀统筹考虑各方因素,建立合理有效载荷价格模型搭载有效载荷是降低航天任务成本㊁分散任务风险及实现快速发射的有效手段,受到业界的重视并得到广泛应用.目前关于搭载有效载荷价格的相关研究较少,以往的案例中也没有固定的价格标准,所以确定搭载有效载荷的价格仍是一项重大的挑战.搭载有效载荷的相关方包括卫星运营商㊁搭载客户以及制造商,在制定搭载有效载荷的价格时,应充分考虑相关方的需求㊁动机㊁期望等因素.常见的价格模型有收入损失价格模型㊁资源成本价格模型㊁卫星平台或火箭升级价格模型,每种模型都有不同的优点和缺点,各自适用于不同的任务场景.为了降低搭载有效载荷的成本风险,建议搭载有效载荷相关方尽早参与制定合理有效的价格模型,以减少非技术因素导致的研制进度的不可控.５㊀结束语本文分析了搭载有效载荷的概念㊁优点以及面临的挑战,详细阐述了国外主要国家搭载有效载荷的发展现状,重点梳理了商业搭载红外有效载荷㊁广域增强系统㊁专用超高频通信有效载荷㊁天基杀伤评估系统等典型项目的发展背景㊁系统概况及能力指标,研判了搭载有效载荷在预警探测㊁卫星通信㊁空间态势感知等军事领域的应用前景.研究结果表明:在卫星平台上搭载有效载荷是将政府㊁部队需求融合到宿主卫星任务中的创新方法,也是降低航天任务成本㊁分散任务风险及实现快速发射的有效手段,已经受到业界的重视并得到广泛应用.未来,随着航天科技的飞速发展,搭载有效载荷将成为极具吸引力的选择,具有重大的应用前景,需要加强相关领域的工程应用研究.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]齐一鸣,陈闽,王沫,等．我国商业遥感卫星的探索实践与发展建议[J]．航天器工程,２０２１,３０(６):１８８Ｇ１９４２２１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３２卷㊀Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
卫星载荷应用方案
卫星载荷应用方案一、引言卫星载荷是指安装在卫星上的各种设备和仪器，用于执行特定的任务和采集地球或宇宙空间的信息。
在现代科技发展的背景下，卫星载荷应用日益广泛，涉及领域包括通信、地球观测、气象预报、导航定位等。
本文将从技术和应用层面探讨卫星载荷的应用方案，分析各个领域的特点和挑战，以期为卫星载荷的应用提供一定的指导和参考。
二、通信领域应用方案卫星通信是卫星载荷应用的最主要领域之一。
在通信领域，卫星载荷主要用于提供广播、卫星电视、互联网通信等服务。
其应用方案主要包括以下几个方面：1.频谱优化：卫星通信需要利用有限的频谱资源来满足广大用户的通信需求。
针对这一问题，可以采用频率多址、波束赋形、波道复用等技术手段来实现频谱资源的优化利用。
2.覆盖扩展：卫星通信需要覆盖广大的地理区域和人口密集区。
在覆盖扩展方面，可以采用多星座、MEO、GEO等不同轨道高度的卫星布局，结合卫星的特点和应用需求，实现覆盖范围的扩展。
3.信号调制：卫星通信需要将信息信号转化为适合传输的调制信号。
常用的调制方式包括频移键控调制、相位移键控调制、星座映射调制等。
根据不同的应用需求，选择合适的调制方式可以提高通信性能和传输效率。
三、地球观测领域应用方案地球观测是卫星载荷应用的另一个重要领域。
通过卫星载荷采集地球表面的信息，可以进行大气、海洋、陆地等环境的监测和预测。
地球观测领域的应用方案主要包括以下几个方面：1.光学成像：卫星载荷可以通过光学仪器获取高分辨率的地球影像，用于地貌、植被、城市等方面的监测。
通过光学成像技术，可以实现高精度的地球观测和资源调查。
2.雷达遥感：卫星载荷可以利用雷达技术获取地表反射、散射、回波信息，实现对陆地和海洋等物理参数的观测。
通过雷达遥感技术，可以实现全天候、全天时的地球观测。
3.热红外遥感：卫星载荷可以利用热红外传感器获取地球表面的热辐射信息，实现对地表温度、热涡旋等热力学参数的观测。
通过热红外遥感技术，可以实现对热能分布的监测和分析。
气象卫星有效载荷
气象卫星由卫星平台和有效载荷分系统组成。有效载荷是 直接执行特定飞行任务的任务的分系统，卫星平台是为有效载 荷提供支持和保证的各项分系统。
遥感观测仪 卫星数据收集系统
观测各种波长的辐射能量， 从X射线到微波。
通过地面设置的数据收集平 台在实地自动采集的环境数 据经卫星转发至用户
星载数据存储、传输、转发 星载仪器与应用系统地面站组成的通信信道共同把气象资料发送给各类 用户。 1、遥感数据处理、发送给中心站 2、地面处理信息通过静止卫星气象卫星转发广播 3、收集地面、海洋数据收集品台的各种数据发送给用户
气象卫星上的遥感器从可见光到红外和微波遥感、从表 面成像到大气垂直探测，无论遥感器的种类、数量还是遥感器 的性能都逐渐提高。目前运行的气象卫星都是配置了多种光学 和微波遥感器的综合对地观测卫星。
1、探测波段分类
名称 波段 探测器 1、热探测器 2.1、光电子探测器（PMT） 2.2、光电导探测器 2.3、光伏：宽带隙半导体 （SiC、GaN 和金刚石等） Si、GaAs 短波：铟镓砷 中波：锑化铟 热红外：碲镉汞 天线
静止气象卫星
气象卫星主要观测内容包括： ①卫星云图的拍摄。 ②云顶温度、云顶状况、云量和云内凝 结物相位的观测。 ③陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙， 以及海洋表面状况的观测，如海洋表面 温度、海冰和洋流等。 ④大气中水汽总量、湿度分布、降水区 和降水量的分布。 ⑤大气中臭氧的含量及其分布。 ⑥太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐 射的总反射率以及地气体系向太空的红 外辐射。 ⑦空间环境状况的监测，如太阳发射的 质子、α粒子和电子的通量密度。
1、气体电离探测器 2、闪烁晶体探测器 3、半导体探测器（镉锌碲）
主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。 荧光脉冲：处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同 时辐射出被照物质的特征X射线，这种由入射X射线激发出的特征X射线， 称为二次特征X射线（荧光X射线）此种辐射又称为荧光辐射。
有效载荷方案
方案设计
根据需求分析结果，设计有效载荷的总体方 案和各分系统方案。
仿真测试
利用仿真工具对有效载荷进行测试和验证， 确保设计的正确性和可靠性。
有效载荷的集成与测试
集成方式选择
根据有效载荷的规模和复杂度， 选择合适的集成方式，如整体 集成或模块化集成。
接口匹配
确保有效载荷各分系统之间的 接口匹配，实现信息的正确传 输和处理。
有效载荷方案
CONTENTS 目录
• 有效载荷概述 • 有效载荷的选择与设计 • 有效载荷的应用场景 • 有效载荷的挑战与解决方案 • 未来展望与研究方向
CHAPTER 01
有效载荷概述
定义与分类
定义
有效载荷是指航天器上搭载的专用仪 器、设备或物品，用于完成特定的科 学实验、技术试验、应用任务或其他 太空活动。
通过有效载荷进行技术试验和应用， 可以验证新技术和新方法的可行性和 可靠性，促进航天技术的发展和创新。
有效载荷的发展趋势
多样化
随着太空活动的多样化和复杂化， 有效载荷的发展趋势是多样化， 以满足不同领域和不同任务的需求。
高精度
为了获取更准确的数据和信息， 有效载荷的发展趋势是提高精度 和灵敏度，采用更先进的技术和 方法。
其他应用场景
船舶有效载荷
01
在船舶上搭载各种专业设备，用于海洋环境监测、资源调查、
导航辅助等。
车辆有效载荷
02
在车辆上搭载特定设备，用于城市环境监测、地质勘查、安全
监控等。
人员装备有效载荷
03
为特定人员提供专业设备和装备，以提高其在特定环境下的执
行能力和安全性。
CHAPTER 04
有效载荷的挑战与解决方案
风云气象卫星主要技术进展现状
风云气象卫星主要技术进展现状摘要：随着科技技术的不断发展，我国的气象卫星已经从早期的试验应用型转变为了业务服务型。
在气象卫星技术的发展过程中，我国的气象卫星技术逐渐实现了业务化系列化以及定量化的发展，气象卫星的数据处理系统，产品生成系统以及应用技术已经得到了非常全面的发展。
我国气象卫星技术已经拥有了完善的综合定标系统，自身的产品体系以及质量管理已经有了完善的流程，一部分气象卫星的产品质量已经得到了国际水平。
气象卫星能够服务的领域具有多样性，无论是天气领域，还是生态环境领域，气象卫星所得到的的数据都能够为其提供相关的数据依据。
虽然我国的气象卫星技术已经得到了显著的提升，但是相对于国际水准，我国的气象卫星行业仍旧存在着各种问题，这些问题局限了我国气象卫星技术的进一步发展，本次研究将对风云气象卫星的技术进展展开相应的探究。
关键词：风云气象卫星；技术进展引言：天灾是给居民生活造成损害的主要原因，而气象灾害也是最容易出现的天灾，暴雨，沙尘暴，霜冻等都属于自然灾害，自然灾害的出现会对国家经济造成一定的影响，为了对气象灾害造成的影响进行预防，就需要气象卫星的出现，气象卫星能够对相关的气象信息进行观测，通过气象卫星所提供的资料，相关工作人员能够对即将出现的气象灾害进行预防，减轻气象灾害造成的损失。
气象卫星是最早出现，同时也是发展时间最长的对地观测卫星。
气象卫星的出现，为国家的灾害预防工作作出了非常显著的贡献。
1风云气象卫星发展史早在1960年，美国方面向太空中发射了第一颗人造气象卫星，随着这一气象卫星的出现，世界范围内的气象卫星研究得到了非常显著的发展，如今已经有数百颗气象卫星在太空中对气象相关的因素进行监测，为自然灾害预防工作作出了非常巨大的贡献。
在1970年我国正式启动气象卫星的相关研究计划，如今我国已经研发出了风云1-3号这三个系列的气象卫星，在气象卫星技术领域以及已经做到了气象卫星的稳定运行，并在此基础上完善了静止气象卫星运行系统的研发以及使用，在科技技术不断发展的今天，我国的风云气象卫星逐渐转变为了具有业务服务能力的卫星。
气象卫星的结构与原理2
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contents： 初步认识 专用系统 分类 气象卫星网络 结束
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分类：
气象卫星实质上是一个高悬在太空的自动 化高级气象站，是空间、遥感、计算机、 通信和控制等高技术相结合的产物。就其
运行轨道的不同，分为两大类即：“太阳 同步极地轨道气象卫星”和“地球同步气 象卫星”。
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1、简介：
第一类是绕地球极地轨道运转，运行高度一般
在1000公里左右，运行周期约115分钟，由于
它是逆地球自转方向而与太阳同步，沿着太阳 早升晚落的方向运行，故称其为“太阳同步轨 道气象卫星”。
第二类即“地球同步气象卫星”， 地球静止气象卫
它携带的气象遥感器。
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1、气象遥感仪器：
卫星遥感是指以人造卫星为传感器平台的观测 活动，包括对地观测和面向太空环境的观测卫
星遥感技术 气象卫星利用上述仪器设备对卫里云图的拍摄 采取两种方式：一种是借助于地球上物体对太
阳光的反射程度而拍摄见光云图，只限于白天 工作；另一种是借助地球表面物体温度和大气 层温度辐射的程度，形成红外云图，可全天候 工作。
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气象卫星网络：
世界天气监视网
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世界天气监视网在业务体系上由下列三个系统组成：
① 全球观测系统(GOS)。
② 全球电信系统（GTS）。其任 务是收集和分发来自全球观测系 统的基本气象观测资料。
③ 全球资料加工系统(GDPS)。 主要任务是通过世界气象中心、 区域气象中心和国家气象中心 等机构，为各成员提供加工的 基本气象资料。
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风云三号卫星有效载荷及数据产品介绍
风云三号卫星有效载荷及数据产品介绍
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⑵记时单位：1 毫秒 ⑶时间精度(星地总精度):小于 20 毫秒 5.探测仪器 ⑴可见光、红外扫描辐射计(详见附件一) ⑵红外分光计(详见附件二) ⑶微波辐射计(详见附件三) ⑷中分辨率光谱成像仪(详见附件四) ⑸微波成像仪(详见附件五） ⑹紫外臭氧探测器(详见附件六) ⑺地球辐射收支探测器(详见附件七) ⑻空间环境监测器(详见附件八) ⑼数据收集分发系统(另见附件) 6.星上记录存储能力 ⑴记录遥感探测仪器⑴、⑵、⑶、⑸、⑹、⑺、⑻的全球探 测资料，回放轨道入境仰角 6°时停止记录，仰角 7 °时开始回 放。出境仰角 7 °时停止回放，仰角 6°时开始记录。仪器⑴夜 间不记录 7 个可见光、近红外通道的资料； ⑵记录中分辨率成像光谱仪资料 20 分钟； ⑶对于星上工程遥测参数(含 GPS 信号)的全球资料，回放轨 道入境仰角 6°时停止记录，仰角 7 °时开始回放。出境仰角 7 ° 时停止回放，仰角 6°时开始记录； ⑷对于 02 批卫星待上的高光谱分辨率红外大气探测器(数据 速率约：1.5Mbps)和大气探测 GPS 遥感器(数据峰值速率约： 60Kbps，数据平均速率约：20Kbps)，这两个仪器的探测资料，全 球记录。在 01 批卫星这两个仪器空缺时，可以用增加记录中分辨 率成像光谱仪的探测资料填补。 7.资料传输
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风云三号卫星有效载荷及数据产品介绍
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第一部分 风云三号(01 批)卫星使用要求
一. 前言
风云三号卫星是实现全球、全天候、三维、定量、多光谱遥 感的我国第二代极轨气象卫星系列。以下为风云三号(01 批,试验 星)卫星的使用要求。
二. 概述
高分一号卫星数据的技术指标
北京揽宇方圆信息技术有限公司高分一号卫星数据的技术指标“高分一号”于2013年4月26日在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射。
是高分辨率对地观测系统国家科技重大专项的首发星，配置了2台2米空间分辨率全色/8米空间分辨率多光谱相机，4台16米空间分辨率多光谱宽幅相机。
设计寿命5至8年。
“高分一号”卫星具有高、中空间分辨率对地观测和大幅宽成像结合的特点，2米空间分辨率全色和8米空间分辨率多光谱图像组合幅宽优于60公里；16米空间分辨率多光谱图像组合幅宽优于800公里。
表1：高分一号卫星有效载荷技术指标高分一号卫星能够为国土资源部门、农业部门、气象部门、环境保护部门提供高精度、宽范围的空间观测服务；在地理测绘、海洋和气候气象观测、水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理，疫情评估与公共卫生应急、地球系统科学研究等领域发挥重要作用。
北京揽宇方圆信息技术有限公司是国内的领先遥感卫星数据机构，而且是整合全球的遥感卫星数据资源，分发不同性能、技术应用上可以互补的多种卫星影像，包括光学、雷达卫星影像、历史遥感影像等各种卫星数据服务，各种专业应用目的的图像处理、解译、顾问服务以及基于卫星影像的各种解决方案等。
遥感卫星影像数据贯穿中国1960年至今的所有卫星影像数据，是中国遥感卫星数据资源最多的专业遥感卫星数据服务机构，提供多尺度、多分辨率、全覆盖的遥感卫星影像数据服务，最大限度的保证了遥感影像数据获取的及时性和完整性。
优势：1：北京揽宇方圆国内老牌卫星数据公司，经营时间久，行业口碑相传，1800个行业用户选择的实力见证。
2：北京揽宇方圆遥感数据购买专人数据查询一对一服务，数据查询网址是卫星公司网。
3：北京揽宇方圆拥有大型正版遥感处理软件，遥感数据处理工程师有10年以上遥感处理工作经验，并有国家大型项目工作经验自主卫星数据处理软件著作权，最大限度保持遥感卫星影像处理的真实度。
4：北京揽宇方圆国家高新技术企业，通过ISO900认证的国际质量管理操作体系，无论是遥感卫星品质和遥感数据处理质量，都能得到保障。
GPS卫星有效载荷对抗技术研究
和 １ （２ ７ ６ Ｈｚ基 本 型 卫 星 ， Ｉ 频 率 上 调 制 Ｃ ． １２． Ｍ ２ ） 在 １ ／
ｌ ４
航 天 电子对抗
第２ ８卷第 １ 期
ＧＰ Ｓ卫 星有 效 载 荷 对 抗 技 术研 究
杨 会 军 ， 文魁 李
（ 中国航 天科 工集 团 ８ １ ５ １研 究所 ， 苏 南京 ２ ０ ０ ） 江 １ ０ ７ 摘要 ： 针 对 ＧＰ Ｓ卫 星有效 载荷 的对抗 需 求 ， 究 了 ＧＰ 研 Ｓ卫 星有 效 载荷 对抗技 术 。介 绍 了 Ｇ Ｓ卫星有 效栽荷技 术的演化 及 其技 术特 征 ， 据 ＧＰ Ｐ 根 Ｓ卫 星 系统 的特 点提 出 了基 于伴 星
荷 ； 为降低 广播 星历 和时 钟参 数精 度 的 Ｓ 软件 ； 人 Ａ 反
电子 欺骗 （ ） 施 ， 军 用 Ｐ码 加 密 为 Ｐ（ 码 ；４ ＡＳ 措 将 Ｙ） １ 天 的导航 电文存储 能 力 。
Ｇ Ｓ２ 为 ＧＰ Ｐ Ａ Ｓ ２的 增 强 型 卫 星 系 列 ， 有 １０ 具 ８
Ａ码 、 １码 和导 航 电文 信 号 ， Ｉ Ｐ 在 ２频率 上 调制 Ｐ １码 和导航 电文 信号 ， 因此 也被称 为原 始概 念验 证卫 星 。 ２ 第二 代 Ｇ ＳＢ ｏｋ２ ２ 卫 星 ） Ｐ ｌｃ ／ Ａ ＧＰ Ｓ２卫星 除具有 ＧＰ Ｓ １卫 星 的基 本 功 能外 ， 卫 星有 效 载 荷 增 加 功 能 包 括 ： 爆 探 测 系 统 （ ＤＳ 载 核 Ｎ ）
０ 引 言
从海 湾 战争 、 索沃 战争 到伊拉 克战争 ， 科 多次战例 表 明 ： Ｓ系 统 在 现 代 信 息 化 战 争 中发 挥 着 重 要 作 ＧＰ 用， 应用 领域遍 及 战争 中的各个 方面 ， 已成 为必 不可少
风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用
风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用王淦泉;沈霞【摘要】人类社会的发展与气象观测密不可分,通过气象卫星观测气象是气象预报的重要手段.气象卫星主要分为极轨气象卫星和静止气象卫星两类.辐射成像仪一般是各类气象卫星的核心载荷,用于获取目标不同光谱波段的辐射数据.卫星气象是指对气象卫星获取的辐射数据进行分析处理,利用分析结果进行气象和气候预报.本文重点介绍了中国最新研制发射的第二代地球静止气象卫星——风云四号辐射成像仪的性能和技术特点,并介绍了辐射成像仪数据产品在卫星气象中的应用.%The development of human society is inextricably linked with meteorology.Observation from meteorological satellite is an important means of meteorological forecasting.Meteorological satellite can be in polar orbits and geostationary orbit.Radiometer imager is typically the core payloads of meteorological satellite and makes use of the multi-spectra results to carry out meteorological and climate forecasts.This article focuses on the performance and technical characteristics of the China's newly developed and launched second-generation geostationary meteorological satellite FY-4 radiometer imager,and introducs the application of its data products in satellite meteorology.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】11页(P1-11)【关键词】气象卫星;卫星气象;辐射成像仪;探测波段;气象产品【作者】王淦泉;沈霞【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室,上海200083【正文语种】中文1 气象卫星和卫星气象[1]1.1 气象卫星气象卫星是专门用于气象观测的应用卫星。
气象卫星有效载荷
探测精度和分辨率是衡量探测效果 的重要指标，提高探测精度和分辨 率有助于获取更准确的气象信息。
数据处理原理
数据预处理
对原始数据进行辐射定标、大气校正等处理，以消除误差和异常 值。
数据处理算法
采用各种算法对预处理后的数据进行进一步处理，如云检测、反演 算法等，以提取所需的气象参数。
数据质量控制
THANKS
感谢观看
04
气象卫星有效载荷的挑战与解决方案
技术瓶颈与突破
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技术瓶颈
随着气象卫星技术的不断发展，对有效载荷的技 术要求也越来越高，如高精度、高稳定性、高可 靠性等。
突破方向
通过加强基础研究和技术创新，提高有效载荷的 技术水平，以满足气象卫星观测的高精度和高稳 定性要求。
具体措施
加大研发投入，加强产学研合作，推动技术成果 转化，提高有效载荷的性能和可靠性。
成本效益分析
01
02
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成本问题
气象卫星有效载荷的成本 较高，涉及到研发、生产、 发射等多个环节。
效益评估
对气象卫星有效载荷的效 益进行科学评估，包括经 济效益、社会效益、环境 效益等方面。
优化成本
通过优化设计、降低生产 成本、提高生产效率等方 式，降低气象卫星有效载 荷的成本。
国际合作与交流
国际合作
气象卫星有效载荷
• 气象卫星有效载荷概述 • 气象卫星有效载荷的技术原理 • 气象卫星有效载荷的应用场景 • 气象卫星有效载荷的挑战与解决方案 • 未来展望
01
气象卫星有效载荷概述
定义与功能
定义
气象卫星有效载荷是指气象卫星 上用于探测地球大气、地表环境 等气象要素的仪器和设备。
薛梦轩—气象卫星有效载荷
气象卫星有效载—空间分辨率
光学遥感器： L为地面空间分辨率，H为卫星高度 微波遥感器： 侦察卫星空间分辨率为几米量级 资源卫星空间分辨率为几十米量级
海洋卫星空间分辨率为千米级量级
气象卫星空间分辨率为几百米—几十千米量级
气象卫星有效载—空间分辨率
气象卫星有效载—极轨气象卫星
极轨气象卫星也叫太阳同步轨
2 主要内容
气象卫星有效载—主要性能参数
光谱范围
光谱特性
谱段宽度和数目 光谱分辨率
测量精度
辐射度量特性 辐射分辨率（灵敏度、信噪比）
动态范围
视场角 几何特性
空间分辨率
调制传递函数
气象卫星有效载—光谱特性
高分一号的的分辨率是2m，怎么看清罂粟呢？
气象卫星有效载—光谱特性
气象卫星有效载—光谱特性
静止气象卫星—大气垂直探测仪
大气垂直探测仪通过对大气 的三维结构探测，获取大气温度、 湿度的垂直分布和臭氧总含量等 信息。
风云四号配置的干涉式大气垂直探测仪，因其工作机制对外界微小振动干扰极其敏 感，一个细小的振动—哪怕只是在卫星边上吹一口气，就会导致产生无法甄别或消除的 谱线，使得光谱性能退化。
高精度三维模型
照片级模型贴图
火焰、雨、雪等粒子特效
灵活多变的物体运动模式
DreamMap的产品特性 ： 四、灵活的方案标绘功能
支持飞机、坦克、舰艇等9类，近百型
实体模型标绘 支持军标符号标绘 支持集结、进攻、进攻放行、燕尾曲 箭标、分队战斗行动、突击、钳击、 徒步行军、作战分界线、歼击、伏击、 反坦克阵地、要点、防御线等矢量符
遥感——识别——转发——接收——转发
各种光学、微波遥感观测仪器：观测来自地球、太阳各种
气象卫星有效载荷
汇报人：
2019年01月12日
讲解：XX
1
1、概论 2、有效载荷分析 3、极轨气象卫星的有效载荷 4、静止气象卫星的有效载荷 5、有效载荷的辐射定标 6、有效载荷在轨测试
7、有效载荷主要地面业务系统
气象卫星：专门用于气象观测目的的应用卫星。
卫星气象：把气象卫星作为空间观测平台，利用遥感观测仪器 探测到的遥感数据，反演成大气物理状态，生成观测图像和产 品，并将气象卫星的观测数据和产品应用于气象和环境科学工 程。
成像仪器
可见光扫描辐射计、成像光谱仪、 微波成像
大气垂直探测
有
探测器
效
载
荷
空间环境监测
臭氧探测
反 演
地球辐射
高能粒子、辐射剂量、 表面点位
数据传输系统
是一种光机扫描式成像遥感器，用于观测地球景象并定量 测量目标辐射量强度。
收集器
分光器
探测器
处理器
输出器
光学会聚 单元
分光单
光电转换 光电倍增 光电二极管
输出信号
气象卫星 遥感
主动遥 感器
工作方式分类： 1、主动和被动 2、成像和非成像
光学遥感器（激光）
微波遥感器（雷达）
被动遥 感器
非成像遥感 成像遥感
光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达） 光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达）
可见光及红外遥感属于光学遥感，可见光遥感使用光学技术，微波遥感 则是采用无线电技术。 1、探测波段：可见光遥感探测波段范围0.38-0.76um；微波遥感探测波 段范围通常大于1mm，但其中的激光雷达波段范围在可见光与红外波段。 2、可见光遥感只能够采集地表信息，而微波却具有穿透性，能够探测 地表以下一定深度范围内的信息。 3、可见光遥感对大气状况有要求，天气因素影响大；微波遥感（高度） 则能够实现全天时、全天候探测，具有穿透云雾的能力。 4、红外既可以收集地表信息：红外成像光谱仪，也可以测量大气垂直 分布：红外分光计。
欧洲极轨气象卫星的有效载荷
欧洲极轨气象卫星的有效载荷
徐建平
【期刊名称】《国际太空》
【年(卷),期】2013(000)009
【摘要】出于自身利益的考虑，欧洲首先研制了静止轨道气象卫星。
但随着经济、技术、军事和政治的发展和变化，欧洲又研制了可以进行长期天气预报的极轨气象卫星。
【总页数】5页(P33-37)
【作者】徐建平
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.欧洲将发射首颗极轨气象卫星
2.极轨气象卫星有效载荷航空校飞数据地理定位
3.欧洲两机构签极轨气象卫星合同
4.欧洲签署极轨气象卫星合同
5.欧洲极轨气象卫
星成功发射
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卫星有效载荷配置和布局设计方法的开题报告
卫星有效载荷配置和布局设计方法的开题报告一、选题的背景和意义随着国家科技的不断进步，卫星在现代社会的各个领域得到了广泛应用，比如通讯、导航、遥感、气象等等。
而这些领域中需要的卫星载荷也各不相同。
因此，对于卫星有效载荷的设计和配置显得尤为关键，直接影响到卫星的性能和任务能力。
虽然卫星有效载荷配置和布局设计方法已经得到了广泛研究和探讨，但是仍然存在一些问题亟待解决。
因此，本文选取这一研究领域作为研究对象，探索更加有效的卫星有效载荷配置和布局设计方法。
二、研究的目的和内容本文旨在研究卫星有效载荷配置和布局设计方法，重点探讨以下几个问题：1. 系统化解析卫星有效载荷的基本要素、性能指标和参数标准。
2. 基于已有成果，归纳总结不同类型的有效载荷及其布局方案，分析每种布局方式的优点和局限性。
3. 在不同的应用场景中，探索适用的有效载荷配置和布局设计方法。
对于每种场景，对应的设计方案如何进行？有何相关特殊技术和预算要求？4. 研究有效载荷在卫星设计和制造中所需的相关技术，如控制系统设计和通信协议等。
三、研究的方法和流程本文主要采用文献调研、案例分析和实验研究等方法进行研究。
首先，收集大量关于卫星有效载荷配置和布局设计的相关文献，从中得出有效载荷的基本概念、性能指标和设计要求等，建立有效载荷设计的理论框架。
随后，对于不同类型、应用场景的卫星，分别分析其适用的有效载荷布局方案和技术要求等，并进行典型案例分析，探讨设计方案的优缺点及优化措施。
同时，我们也会对有效载荷在卫星制造中所涉及到的相关技术和工艺进行相关实验和数据统计，并根据实验结果进行结果分析与总结。
四、预期研究结果通过本次研究，我们预期能够得出以下结果：1. 形成卫星有效载荷配置和布局设计的理论框架，清晰梳理出有效载荷相关的指标、要求和参数标准。
2. 分析整理不同类型、应用场景的卫星适用的有效载荷设计方案及其技术要求，并根据实验结果提出优化方案。
3. 提出更加有效的卫星有效载荷配置和布局设计方法，为卫星设计和制造提供参考。
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SSPA ）
类型 优点 行波管放大器 单级放大倍数高、带宽高、 效率高、可承受的工作环 境温度高 寿命低、非线性特性比较 差、高压电源可靠性差 固态放大器 体积小、质量轻、线性度 好、可靠性高
缺点
功率低、带宽较窄
3、极轨气象卫星 的有效载荷
极轨气象卫星
极轨气象卫星也叫太阳同步轨道气象卫 星，其轨道在地球上空800-1000公里 之间，围绕地球南北两极运行，运行周 期约115分钟，我国的风云一号气象卫 星就是极轨气象卫星。其优点是覆盖全 球，观测领域广阔。
收集资料 制作天气图
国家气象台的计算机将得到天气图，进行数值计算，得到数值 预报图。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
数值预报图图
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
预报员通过分析天气图和数值预报图，了解大气的未来状态， 综合分析判断后，做出未来不同时段的具体天气预报。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
极轨气象卫星有效载荷的主要配置
有效载荷
成像仪器
探测仪器
空间环境 监测仪器
数据传输 系统
扫 描 辐 射 计
中 分 辨 率 成 像 光 谱 仪
微 波 成 像 仪
大 气 垂 直 探 测 仪
臭 氧 探 测 仪
地 球 辐 射 收 支 仪
高 能 粒 子 探 测 仪
辐 射 计 量 仪
可见光、红外扫描辐射计
扫描辐射计是一种光机扫描式成像遥感
地球辐射收支仪
地球辐射收支的探测是监测、研究和预测地球气候变化，进行中长期天气预报的重要手段。地球 辐射收支仪包括太阳辐照度检测仪和地球辐射探测仪两部分组成。
臭氧探测仪
臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，臭氧层能够吸收太阳光臭氧层阻挡紫外 线臭氧层阻挡紫外线中的波长306.3nm以下的紫外线，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外 线的伤害。臭氧探测仪包括臭氧总量探测仪和臭氧垂直探测仪两种。臭氧总量探测仪测量大气臭 氧总量的全球分布，臭氧垂直探测仪测量星下点臭氧总量及垂直分布。
1960年美国发射了电视和红外观测卫星TIROS-1，标志着气象观测和预报进入了一个新时期。随 后，美国、苏联、欧洲、日本等国先后发射了多颗气象卫星。
世界各国在轨气象卫星
中国气象卫星的发展历程
中国第一颗气象卫星风云一号A星于1988年发射成功。截至目前，中国已成功发射12颗气象卫星 ，成为世界上继美国和欧盟之后，同时拥有极轨和静止两个系列业务气象卫星的国家。中国共有7 颗气象卫星在轨稳定运行，在气象预报预测、防灾减灾等领域发挥着重要作用。
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
●目前我国已初步建成天基、地基、空基相结合的气象立体观 测系统。从地面到高空，从陆地到海洋，全方位、多层次的观 测大气变化。
●气象部门现有国家气象台260个。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
气象卫星运行轨道
气象卫星按照运行轨道划分，可分为绕地球运转的太阳同步轨道和相对地球不动的静止轨道气象 卫星两大系列，称之为极轨气象卫星和静止气象卫星。
太阳同步轨道
地球同步轨道
2、气象卫星有效载荷
气象卫星有效载荷
气象卫星的有效载荷是指用于气象 信息（温度、湿度、云风和辐射等 ）获取，处理、存储及发送的仪器 、设备或系统，主要包括遥感仪器 ，实时信息处理器、大容量数据记 录器和发射机等。
风云四号卫星
风云系列卫星
运载火箭 发射日期 卫星 发射基地
长征四号运载火箭
长征四号运载火箭 长征三号运载火箭 长征四号乙运载火箭 长征三号运载火箭 长征四号乙运载火箭 长征三号运载火箭
1988.09.07
1990.09.03 1997.06.10 2000.06.25 2002.05.15 2004.10.19 2006.12.08
闪电成像仪是一种静止轨道闪电探测仪器，其对全球闪电现象进行探测，为全球天气变化提供重 要数据。风云四号卫星首次搭载我国自主研制的闪电探测仪，它每2毫秒就探测一次中国及周边 闪电情况，探测速度是国内大范围闪电探测速度最快的。
风云四号闪电成像仪原理框图
大气垂直探测仪
风云四号大气垂直探测仪
5、天气预报形成 过程
风云三号中分辨率成像光谱仪
中分辨率成像光谱仪
神舟三号飞船搭载的中分辨率成像光谱仪是我国新一代地球环境遥感卫星的试验仪器，有34个波 段，波长范围0.4~12.5μ m，在可见光近红外波段有30个探测通道。
神舟三号中分辨率成像光谱仪技术参数
微波成像仪
微波成像仪具有全天候、全天时遥感功能。它主要遥感：全球降水、云的液态水含量和云水相态 、地表植被、土壤湿度、海冰和雨雪覆盖等。
地球静止轨道气象卫星
静止轨道气象卫星有效载荷
目前在轨的静止轨道卫星中，欧空局、日本和中国为自旋稳定卫星平台，美国、俄罗斯和印度为 三轴稳定平台。自旋稳定的静止卫星，受结构布局的限制，装载量较小，主要仪器为扫描辐射计 ，三轴稳定气象卫星平台承载能力较大，主要仪器为扫描辐射计、大气垂直探测仪、闪电成像仪 、CCD成像仪、地球辐射收支仪、和微波遥感仪等。
转发器的分类 气象卫星有效载荷
遥感器是气象卫星上最重要的有效载荷，气象卫星都配置了多种遥感器，包括紫外、可见光、
红外和微波遥感器等。
光学遥感器（激光） 主动遥感器 微波遥感器（雷达） 气象卫星遥感器 光学遥感器（激光） 非成像遥感器 被动遥感器 非成像遥感器 光学遥感器（激光） 微波遥感器（雷达） 微波遥感器（雷达）
红外分光计
红外分光计是气象卫星上的主要光学探测仪器，它为全球提供大气温度、湿度垂直分布的气象资 料。
美国极轨气象卫星大气垂直探测仪
红外分光计
我国由于技术条件的限制，在第一代极轨卫星上并没有设计和携带专门的大气垂直探测系统，在 风云三号上首次安装大气大气垂直探测系统，并首次携带了红外分光计。
风云三号气象卫星红外分光计波段一览表
天气预报图
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
天气会商时，像医生给病人会诊一样，预报员、首席预报员等 所有预报员充分发表自己的意见，主班预报员对预报意见汇总 ，经过综合分析对未来天气的发展变化做出相对科学、准确地 预报结论。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
天气会商
天气预报的制作过程
收集资料 制作天气图
风云一号气象卫星
风云三号卫星有效载荷
“风云三号”装载的探测仪器有：10通道 扫描辐射计、20通道红外分光计、20通道 中分辨率成像光谱仪、臭氧垂直探测仪、臭 氧总量探测仪、太阳辐照度监测仪、4通道 微波温度探测辐射计、5通道微波湿度计、 微波成像仪、地球辐射探测仪和空间环境监 测器。
风云三号气象卫星有效载荷
空间天气检测
风云二号和风云四号卫星性能对比
闪电成像仪
闪电成像仪是一种静止轨道闪电探测
仪器，其对全球闪电现象进行探测， 为全球天气变化提供重要毫秒就探测一次中 国及周边闪电情况，探测速度是国内 大范围闪电探测速度最快的。
风云四号闪电探测仪
闪电成像仪
风云一号A星
风云一号B星 风云二号A星 风云一号C星 风云二B星 风云二号C星 风云二号D星
太原卫星发射中心
太原卫星发射中心 西昌卫星发射中心 西昌卫星发射中心 太原卫星发射中心 西昌卫星发射中心 西昌卫星发射中心
长征四号运载火箭
长征三号甲运载火箭 长征四号运载火箭 长征四号运载火箭 长征三号运载火箭 长征四号乙运载火箭 长征三号乙运载火箭
4、静止气象卫星 的有效载荷
静止轨道气象卫星
地球静止轨道是特别指卫星或人造卫星垂直于地球赤道上方的正圆形地球同步轨道。地球静止轨 道属于地球同步轨道的一种。地球静止卫星是位于地球赤道上空距地面约 3.6万千米处相对于地 面静止的卫星。该卫星具有时间分辨率高、观测范围广和观测方法灵活等特点。
地球静止轨道
微波成像仪
风云三号卫星微波成像仪
极轨气象卫星有效载荷的主要配置
有效载荷
成像仪器
探测仪器
空间环境 监测仪器
数据传输 系统
扫 描 辐 射 计
中 分 辨 率 成 像 光 谱 仪
微 波 成 像 仪
大 气 垂 直 探 测 仪
臭 氧 探 测 仪
地 球 辐 射 收 支 仪
高 能 粒 子 探 测 仪
辐 射 计 量 仪
2008.05.27
2008.12.23 2010.11.05 2012.01.13 2013.09.23 2014.12.11 2016.12.11
风云三号A星
风云二号E星 风云三号02星 风云二号F星 风云三号03星 风云二号G星 风云四号A星
太原卫星发射中心
西昌卫星发射中心 太原卫星发射中心 西昌卫星发射中心 太原卫星发射中心 西昌卫星发射中心 西昌卫星发射中心
预报员、公共气象服务中心，把预报数据通过各种方式向各个 媒体、观众进行传送和发布。
数值预报
分析资料 天气会商 预报服务
天气预报
6、工作映射
Hopkinson杆
卫星及其组件所经受的冲击环境，主要是由卫星与火箭各种火工品爆炸产生的时间极短幅值极
高的冲击载荷。冲击环境的效应是产生机械应力，其失效模式包括结构失效、机件断裂、电子 设备瞬间短路或开路等。甚至就在日常生活中，人们都会遇到各种各样的爆炸/冲击载荷问题， 并且可以观察到，物体在爆炸/冲击载荷下的力学响应往往与静载荷下的有显著不同。了解材料 在冲击加载条件下的力学响应必将大大有助于这些材料的工程应用和工程设计。此外，数值模 拟已在工程设计中发挥着重要作用，而进行数值模拟的前提是必须首先建立一个基于材料在各 种应变率下（尤其是在动态应变率下）的精确应力－应变曲线基础上的本构模型。Hopkinson 杆就是研究材料在冲击载荷下的力学性能的试验装备。