ESA首個磁場監測衛星星座“蜂群”

ESA首個磁場監測衛星星座“蜂群”

歐洲航天局（ESA）的“蜂群”（Swarm）衛星星座于2013年11月22日從普列謝茨克航天發射場由俄羅斯“轟鳴”（Rockot）火箭成功發射。Swarm星座是ESA的首個用于測量來自地球核心、地幔、地殼、海洋、電離層等區域磁場信息的對地觀測衛星星座，可為科學家提供數據研究磁場的復雜性。目前，Swarm衛星星座已進入500km軌道，研究保護地球免受宇宙輻射和太陽風中帶電粒子傷害的地球磁場。

Swarm項目于2004年獲得批準，是ESA的第4個“地球探測者”（Earth Explorer）任務，共投入約1.8億歐元（約2.4億美元）。阿斯特里姆德國公司是衛星的主承包商。Swarm星座由3顆小衛星組成，每顆衛星質量473kg，設計壽命4年，尺寸1.5m×0.85m×9.1m（包括一個4m長的展開臂）。3顆衛星運行在2個軌道面上，其中Swarm-A和Swarm-B衛星組成衛星對，運行在高度450km、87.4°的極軌道，東西向分離1.0°～1.5°（經度），在軌最大差分延遲為10s，主要測量磁場東西方向梯度，Swarm-C衛星運行在高度530km、傾角88°的極軌道。在軌期間，Swarm星座通過軌道維持，保證星座精確構型。

在平臺結構設計方面，3顆小衛星基本相同，采用對稱結構設計和三軸穩定控制方式；太陽電池片敷裝在衛星外表面；為降低姿態擾動對磁場矢量測量的影響，采取了減少衛星本體振動的設計方案。在姿態控制方面，利用3個星跟蹤器、3個磁強計和1個日地感應器測量衛星姿態，再運用24個冷氣推力器（20mN和40mN）和磁力矩器進行姿態控制，保證衛星姿態控制精度優于5°（偏航、俯仰、滾動三軸），姿態穩定度優于0.1°/s。

每顆Swarm衛星搭載絕對標量磁強計（ASM）、緊湊型球形線圈（CSC）結構矢量磁通門磁強計（VFM）等新一代磁場探測載荷，用于高精度、高分辨率測量磁場強度、方向和變化。ASM主要用于測量磁場強度，并校準VFM。VFM與3個星相機（相互夾角90°）安裝在一個穩定的光具座后，再安裝在長4m的桁架上，3個恒星敏感器為VFM提供三維高精度姿態信息。除了這些磁場測量載荷外，衛星還攜帶了電場測量設備（EFI）、加速度計和激光后向反射器，以提供必要的測量信息，建模并區分地磁場的多源影響。

通過3星星座構型，Swarm衛星可以有效克服磁場測量的時空模糊問題，調整空間采樣的時間，可以更好地區分不同影響源（地球電場、電離層傳導性）對地磁場的作用和貢獻。未來4年的在軌期間，Swarm星座將高精度地展現地球磁場的強度、方向，以及隨時間演化過程，進一步增強對地球內部及其與空間相互作用的了解。

· 摘編|付郁 云成