“哨兵”衛(wèi)星家族概覽

據(jù)歐洲航天局（ESA）網(wǎng)站2014年5月28日的報(bào)道，歐洲哨兵－1A（Sentinel－1A）衛(wèi)星盡管還沒(méi)有正式工作，但已為波黑境內(nèi)的洪水災(zāi)情繪圖提供雷達(dá)數(shù)據(jù)，從而為救災(zāi)提供了支援。

1 引言

“哨兵”系列衛(wèi)星是歐洲“哥白尼”（Copernicus）計(jì)劃[之前稱為“全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)”（GMES）計(jì)劃]空間部分（GSC）的專用衛(wèi)星系列，由歐洲委員會(huì)（EC）投資，歐洲航天局研制?！吧诒毕盗行l(wèi)星主要包括2顆哨兵－1衛(wèi)星、2顆哨兵－2衛(wèi)星、2顆哨兵－3衛(wèi)星、2個(gè)哨兵－4載荷、2個(gè)哨兵－5載荷、1顆哨兵－5的先導(dǎo)星—哨兵－5P，以及1顆哨兵－6衛(wèi)星。

哨兵－1衛(wèi)星是全天時(shí)、全天候雷達(dá)成像任務(wù)，用于陸地和海洋觀測(cè)，首顆哨兵－1A衛(wèi)星已于2014年4月3日發(fā)射。

哨兵－2衛(wèi)星是多光譜高分辨率成像任務(wù)，用于陸地監(jiān)測(cè)，可提供植被、土壤和水覆蓋、內(nèi)陸水路及海岸區(qū)域等圖像，還可用于緊急救援服務(wù)。

哨兵－3衛(wèi)星攜帶多種有效載荷，用于高精度測(cè)量海面地形、海面和地表溫度、海洋水色和土壤特性，還將支持海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)及環(huán)境與氣候監(jiān)測(cè)。

哨兵－4載荷專用于大氣化學(xué)成分監(jiān)測(cè)，將搭載在歐洲第三代氣象衛(wèi)星－S（MTG－S）上。

哨兵－5載荷用于監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境，將搭載在歐洲第二代“氣象業(yè)務(wù)”（MetOp）衛(wèi)星上。

哨兵－5 P衛(wèi)星用于減小歐洲“環(huán)境衛(wèi)星”（Envisat）和哨兵－5載荷之間的數(shù)據(jù)缺口。

哨兵－6衛(wèi)星是賈森－3（Jason－3）海洋衛(wèi)星的后續(xù)任務(wù)，將攜帶雷達(dá)高度計(jì)，用于測(cè)量全球海面高度，主要用于海洋科學(xué)和氣候研究。

2 哨兵－1衛(wèi)星

哨兵－1衛(wèi)星是高分辨率合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，采用“意大利多用途可重構(gòu)衛(wèi)星平臺(tái)”（PRIMA），尺寸3900mm×2600mm×2500mm，發(fā)射質(zhì)量約2300kg（包括130kg燃料），設(shè)計(jì)壽命7.25年，燃料可維持壽命12年。其姿控系統(tǒng)采用三軸穩(wěn)定方式，姿態(tài)控制精度為每軸0.01°。電源分系統(tǒng)（EPS）帶有2副太陽(yáng)電池翼，每副由5塊太陽(yáng)電池板組成，壽命末期平均功率為4.8kW，鋰離子電池容量為324A ·h。

哨兵－1衛(wèi)星采用太陽(yáng)同步軌道，軌道高度693km，傾角98.18°，軌道周期99min，重訪周期12天。星上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量為900Gbit（壽命末期），測(cè)控鏈路采用S頻段，上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸率為4kbit/s，下行數(shù)據(jù)傳輸率為16kbit/s、128kbit/s和512kbit/s；數(shù)傳采用X頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為600Mbit/s。此外，哨兵－1衛(wèi)星還裝載了一臺(tái)激光通信終端（LCT），為光學(xué)低軌-靜止軌道通信鏈路。激光通信終端基于“陸地合成孔徑雷達(dá)-X”（TerraSAR-X）衛(wèi)星的設(shè)計(jì)，功率2.2W，望遠(yuǎn)鏡孔徑135mm，通過(guò)“歐洲數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星”（EDRS）下行傳輸記錄數(shù)據(jù)。

哨兵－1攜帶的C頻段合成孔徑雷達(dá)由阿斯特留姆（Astrium）公司研制，它繼承了“歐洲遙感衛(wèi)星”（ERS）和“環(huán)境衛(wèi)星”上合成孔徑雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，具有全天候成像能力，能提供高分辨率和中分辨率陸地、沿海及冰的測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，這種全天候成像能力與雷達(dá)干涉測(cè)量能力相結(jié)合，能探測(cè)到毫米級(jí)或亞毫米級(jí)地層運(yùn)動(dòng)。該合成孔徑雷達(dá)的C頻段中心頻率為5.405GHz，帶寬0～100MHz，峰值功率為4.368kW，脈沖持續(xù)時(shí)間5～100μs，脈沖重復(fù)頻率1000～3000Hz；其天線質(zhì)量為880kg（約占衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量的40%），尺寸為12.3m×0.84m。星上合成孔徑雷達(dá)有4種操作模式：條帶模式（SM）、干涉測(cè)量寬幅模式（IW）、超寬幅模式（EWS）、波模式（WV）。（有關(guān)哨兵－1衛(wèi)星詳情見(jiàn)本刊2014年第5期）

哨兵－2衛(wèi)星

3 哨兵－2衛(wèi)星

哨兵－2衛(wèi)星是高分辨率多光譜成像衛(wèi)星，主要用于包括陸地植被、土壤以及水資源、內(nèi)河水道和沿海區(qū)在內(nèi)的全球陸地觀測(cè)。該衛(wèi)星具有高分辨率和高重訪率，因此其數(shù)據(jù)的連續(xù)性比斯波特－5（Spot－5）和陸地衛(wèi)星－7（Landsat－7）的更強(qiáng)。目前，首顆哨兵－2衛(wèi)星的發(fā)射日期還未確定。

哨兵－2A、2B衛(wèi)星將運(yùn)行在高度為786km、傾角為98.5°的太陽(yáng)同步軌道上，2顆衛(wèi)星的重訪周期為5天。該衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為7年，尺寸為3400mm×1800mm×2350mm，質(zhì)量約1000kg，其中多光譜成像儀質(zhì)量275kg，肼推進(jìn)劑質(zhì)量80kg。衛(wèi)星有一副太陽(yáng)電池翼，展開面積為7.1m2，壽命初期總功率為2300W，壽命末期為1730W；鋰離子蓄電池的電量為102A·h；星載2Tbit大容量固態(tài)存儲(chǔ)器用于有效載荷數(shù)據(jù)的處理。X頻段下行鏈路有效載荷數(shù)據(jù)傳輸率為450Mbit/s，測(cè)控鏈路采用S頻段天線。

哨兵－2衛(wèi)星的主要有效載荷是多光譜成像儀（MSI），工作譜段為可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外，地面分辨率分別為10m、20m和60m，多光譜圖像的幅寬為290km，每10天更新一次全球陸地表面成像數(shù)據(jù)，每個(gè)軌道周期的平均觀測(cè)時(shí)間為16.3min，峰值為31min。

哨兵－2衛(wèi)星多光譜成像儀技術(shù)參數(shù)

哨兵－3衛(wèi)星

4 哨兵－3衛(wèi)星

哨兵－3衛(wèi)星是全球海洋和陸地監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，主要用于全球陸地、海洋和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。2顆哨兵－3衛(wèi)星發(fā)射后可在2天內(nèi)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，3h內(nèi)交付實(shí)時(shí)衛(wèi)星產(chǎn)品。首顆哨兵－3衛(wèi)星計(jì)劃于2015年發(fā)射。

該衛(wèi)星主要應(yīng)用范圍包括：①海洋和陸地顏色觀測(cè)，保持“環(huán)境衛(wèi)星”星載中分辨率成像光譜儀（MERIS）數(shù)據(jù)的連續(xù)性；②海洋和陸地溫度觀測(cè)，保持“環(huán)境衛(wèi)星”星載先進(jìn)跟蹤掃描輻射計(jì)（AATSR）數(shù)據(jù)的連續(xù)性；③海表和陸地冰監(jiān)測(cè)，保持“環(huán)境衛(wèi)星”星載高度計(jì)數(shù)據(jù)的連續(xù)性；④海岸帶、內(nèi)陸水和海冰地形的沿軌合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)；⑤光學(xué)儀器數(shù)據(jù)的融合，生成植被產(chǎn)品。

哨兵－3衛(wèi)星將運(yùn)行在高度為814km、傾角為98.6°的太陽(yáng)同步軌道，衛(wèi)星尺寸為3890mm×2200mm×2210mm，發(fā)射質(zhì)量為1198kg（包括90kg燃料），設(shè)計(jì)壽命7.5年。衛(wèi)星帶有一副太陽(yáng)電池翼，該翼由3塊太陽(yáng)電池板組成，展開面積10.5m2，功率約2050W（壽命末期），正常模式下平均功率1100W。測(cè)控鏈路采用S頻段；數(shù)傳采用X頻段，下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸速率為300Mbit/s。

哨兵－3衛(wèi)星攜帶的有效載荷包括光學(xué)儀器和地形學(xué)儀器，光學(xué)儀器包括海洋和陸地彩色成像光譜儀（OLCI）與海洋和陸地表面溫度輻射計(jì)（SLSTR），提供地球表面的近實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)；地形學(xué)儀器包括合成孔徑雷達(dá)高度計(jì)（SRAL）、微波輻射計(jì)（MWR）和精確定軌（POD）系統(tǒng)，提供高精度地球表面（尤其是海洋表面）測(cè)高數(shù)據(jù)。

海洋和陸地彩色成像光譜儀是一種中分辨率線陣推掃成像光譜儀，質(zhì)量約150kg，幅寬為1300km，視場(chǎng)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。海洋和陸地表面溫度輻射計(jì)質(zhì)量為90kg，工作在可見(jiàn)光和紅外譜段，幅寬為750km，熱紅外通道的分辨率為1km（天底點(diǎn)），可見(jiàn)光和短波紅外通道的分辨率為500m。合成孔徑雷達(dá)高度計(jì)是地形學(xué)有效載荷的核心儀器，這是一臺(tái)雙頻（C和Ku頻段）高度計(jì)，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)；其雷達(dá)采用線性調(diào)頻脈沖，地表高度測(cè)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，兩個(gè)頻段的脈沖持續(xù)時(shí)間為50ms。該高度計(jì)有低分辨率模式（LRM）和合成孔徑雷達(dá)（SAR）模式兩種。

哨兵－3合成孔徑雷達(dá)高度計(jì)兩種模式技術(shù)參數(shù)

歐洲第三代氣象衛(wèi)星－S

5 哨兵－4載荷

哨兵－4載荷是一個(gè)以高空間分辨率和高時(shí)間分辨率觀測(cè)大氣化學(xué)成分的有效載荷，將安裝在歐洲第三代氣象衛(wèi)星－S上。首個(gè)載有哨兵－4載荷的第三代氣象衛(wèi)星－S計(jì)劃于2018年發(fā)射，定點(diǎn)于0°（W）的靜止軌道軌位上。哨兵－4載荷將對(duì)臭氧、二氧化氮、二氧化硫、氧化溴、乙二醛、甲醛和氣溶膠等進(jìn)行觀測(cè)，并且能以高時(shí)間分辨率（1h）對(duì)整個(gè)歐洲地區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。

哨兵－4載荷為一臺(tái)紫外-可見(jiàn)光-近紅外（UVN）掃描光譜儀，質(zhì)量162kg，壽命約8.5年。該載荷覆蓋紫外（305～400nm）、可見(jiàn)光（400～500nm）和近紅外譜段（750～775nm），空間分辨率8km，光譜分辨率0.12～0.5nm，平均功率為180W，數(shù)據(jù)傳輸速率小于30Mbit/s。

6 哨兵－5載荷和哨兵－5P衛(wèi)星

哨兵－5是一個(gè)極軌氣象載荷，它將配合哨兵－4靜止軌道氣象載荷用于全球?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)。首個(gè)哨兵－5載荷計(jì)劃在2020年由第二代“氣象業(yè)務(wù)”衛(wèi)星搭載升空。

同時(shí)，為彌補(bǔ)“環(huán)境衛(wèi)星”和哨兵－5載荷在服務(wù)時(shí)間上的不連續(xù)，歐洲航天局將在2016年先發(fā)射哨兵－5P衛(wèi)星。該衛(wèi)星將運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道，高度824km，傾角98.742°，重訪周期17天。

哨兵－5P衛(wèi)星采用Astrobus－L250平臺(tái)，三軸姿態(tài)穩(wěn)定。衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量900kg（含80kg的燃料），設(shè)計(jì)壽命7年。星上電池容量156A·h，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用閃存技術(shù)，容量480Gbit（EOL），平均功率430W，壽命末期功率1500W。測(cè)控鏈路采用S頻段，上行數(shù)據(jù)傳輸率為64kbit/s，下行數(shù)據(jù)傳輸率為128kbit/s；數(shù)傳采用X頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為310Mbit/s。

哨兵－5P衛(wèi)星將攜帶紫外-可見(jiàn)-近紅外-短波紅外（UV-VIS-NIR-SWIR）推掃式光柵分光計(jì)，名為TROPOMI。該儀器將用于優(yōu)化光譜分辨率、覆蓋范圍、空間采樣點(diǎn)距、信噪比和高優(yōu)先頻帶，能在較高時(shí)間分辨率和空間分辨率情況下進(jìn)行大氣化學(xué)元素測(cè)量，加強(qiáng)無(wú)云情況下對(duì)流層變化的觀測(cè)，特別是對(duì)臭氧、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳和氣溶膠的測(cè)量。

哨兵－5P衛(wèi)星

哨兵－5P衛(wèi)星的性能指標(biāo)

哨兵－5P衛(wèi)星光譜測(cè)量參數(shù)

7 結(jié)束語(yǔ)

“哨兵”系列衛(wèi)星是“哥白尼”計(jì)劃空間部分的重要組成部分。早在2009年，歐洲航天局就發(fā)布了《“哥白尼”系統(tǒng)“哨兵”數(shù)據(jù)政策的相關(guān)原則》[ESA/PB-EO(2009)98]，闡述了“哨兵”系列專用衛(wèi)星任務(wù)的數(shù)據(jù)政策原則和執(zhí)行計(jì)劃。2010年，歐洲委員會(huì)批準(zhǔn)了《基于“哨兵”衛(wèi)星數(shù)據(jù)“全面、公開獲取”原則的“哥白尼”數(shù)據(jù)政策決議》，以推動(dòng)“哨兵”衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用和服務(wù)開發(fā)。而且，歐洲授權(quán)法案中哥白尼計(jì)劃數(shù)據(jù)與信息政策也即將生效?；谶@些政策，將更好地推動(dòng)公眾對(duì)“哨兵”系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)的免費(fèi)、全面和公開訪問(wèn)，從而進(jìn)一步帶動(dòng)“哨兵”系列衛(wèi)星的發(fā)展，并發(fā)揮出該系列衛(wèi)星的強(qiáng)大潛在效益。