美國成功發(fā)射新型深空太陽風(fēng)監(jiān)測衛(wèi)星

龔燃（北京空間科技信息研究所）

2015年2月11日， “深空氣候觀測臺”（DSCOVR）衛(wèi)星由太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的獵鷹－9（Falcon－9）火箭送入太空，該衛(wèi)星將飛行110天抵達(dá)距離地球約1.5×106km的利薩如軌道，成為首個位于地日拉格朗日1點（L1）的觀測任務(wù)。據(jù)美國海洋和大氣管理局（NOAA）網(wǎng)站2月24日報道，在發(fā)射后的12天，“深空氣候觀測臺”衛(wèi)星已飛行了一半旅程。

1 發(fā)展背景

“深空氣候觀測臺”原名“特里亞納”（Triana），于1998年由前美國副總統(tǒng)阿爾戈爾（Al Gore）提出。“特里亞納”任務(wù)的目標(biāo)是在地球和太陽之間的L1點觀測地球，即從距離地球150萬公里的外太空持續(xù)觀測地球的陽光。“特里亞納”這個名稱源自1942年哥倫布航行中發(fā)現(xiàn)北美新大陸的瞭望員羅德里戈·德·特里亞納（Rodrigo de Triana）。

“特里亞納”任務(wù)研制歷時21個月，于2000年建造完成，原計劃2002年早期利用航天飛機(jī)發(fā)射。2001年1月，該任務(wù)在美國航空航天局（NASA）的航天飛機(jī)發(fā)射清單中取消了，官方的說法是需要優(yōu)先建造和發(fā)射長期擱置和超過預(yù)算的“國際空間站”。2001年11月，國會批準(zhǔn)了100萬美元，將“特里亞納”衛(wèi)星封存在戈達(dá)德航天中心的凈化室。2003年，美國航空航天局將“特里亞納”更名為“深空氣候觀測臺”。

任務(wù)分工

“深空氣候觀測臺”衛(wèi)星概念圖

“深空氣候觀測臺”衛(wèi)星標(biāo)志

2 任務(wù)目標(biāo)

“深空氣候觀測臺”任務(wù)由美國海洋和大氣管理局、美國航空航天局和美國空軍共同實施，主要任務(wù)是觀測空間氣象。科學(xué)目標(biāo)包括：

·在太陽和地球中間的拉格朗日點L1對太陽風(fēng)（np, vp, tp）進(jìn)行測量，監(jiān)測太陽活動；

·通過等離子體探測器和磁強(qiáng)計觀測太陽風(fēng)情況，提前1-3天預(yù)警地磁暴強(qiáng)度；

·接替老化的“先進(jìn)成分探測器”（ACE）衛(wèi)星（1997年發(fā)射，預(yù)計2024年退役），保持太陽風(fēng)測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

·通過國際實時太陽風(fēng)網(wǎng)絡(luò)（RTSWnet）下行傳輸。

3 衛(wèi)星介紹

“深空氣候觀測臺”衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量約750kg，采用斯威爾斯宇航公司（Swales）研制的SMEX-Lite平臺，平臺尺寸為137cm×187cm。衛(wèi)星設(shè)計壽命5年。它攜帶了地球彩色成像相機(jī)、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計等有效載荷，這些載荷均指向地球，可對地球的整個陽光面進(jìn)行持續(xù)觀測，改進(jìn)當(dāng)前的地球輻射收支估算誤差。

“深空氣候觀測臺”結(jié)構(gòu)圖

地球彩色成像相機(jī)儀器系統(tǒng)圖

地球彩色成像相機(jī)

地球彩色成像相機(jī)由美國圣地亞哥加州大學(xué)（USCD）斯克里普斯海洋研究所（SIO）負(fù)責(zé)管理，洛克希德馬丁公司的先進(jìn)技術(shù)中心（LMATC）負(fù)責(zé)建造。目標(biāo)是測量臭氧總量、氣溶膠總量、云高與相態(tài)、熱點區(qū)域土地性質(zhì)以及地球表面紫外輻射。地球彩色成像相機(jī)能保持散射角在165°～178°之間，指向地球整個面向陽光的部位。地球彩色成像相機(jī)的通道在紫外區(qū)域與臭氧總量成像光譜儀（TOMS）接近，在可見光范圍內(nèi)與中分辨率成像光譜儀（MODIS）接近，因此，其數(shù)據(jù)產(chǎn)品也非常類似，可直接進(jìn)行比較。

以標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)Nij為隨機(jī)變量，在計算各個隨機(jī)變量均方差的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸一化處理，其結(jié)果即為各指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，計算步驟如下：

地球彩色成像相機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)品

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計儀器測試圖

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計儀器側(cè)面圖

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計儀器俯視圖

左圖為等離子體磁強(qiáng)計電子靜電分析儀，右圖為等離子體磁強(qiáng)計法拉第帽

地球彩色成像相機(jī)儀器系統(tǒng)包括地球彩色成像相機(jī)儀器、機(jī)械電子箱（MEB）和地球彩色成像相機(jī)計算機(jī)（EC），總質(zhì)量63.2kg。地球彩色成像相機(jī)望遠(yuǎn)鏡由美國SSG公司研制，為反射里奇克萊琴望遠(yuǎn)鏡，口徑30.5cm，f數(shù)9.38，視場（FOV）0.61°，角采樣分辨率1.07arcsec。位于L1點時，地球整個幅寬將在0.45°～ 0.53°之間。

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計由馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）與鮑爾宇航技術(shù)公司聯(lián)合設(shè)計開發(fā)。目標(biāo)是高精度（0.1%）測量地球光照面的反射和輻射能量，探測地球輻射收支的變化，更好地理解因人類活動及自然現(xiàn)象導(dǎo)致的地球輻射收支的變化效應(yīng)。

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計儀器由4個探測器組成：3個主動空腔電子替代輻射計和1個硅光電二極管通道，用于測量衛(wèi)星方向接收的“總地球反射與輻射能量”。

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計分四個譜段范圍：

1）紫外至遠(yuǎn)紅外（0.2～100μm），用于測量紫外、可見光和紅外譜段的總輻射能量。

2）太陽光（0.2～4μm），用于測量紫外、可見光和近紅外譜段的反射太陽輻射量。

3）近紅外（(0.7～4μm），用于測量反射紅外太陽輻射量。

4）光敏二極管（0.3～1.1μm），用于監(jiān)測輻射計濾波元件。

脈沖高度分析儀儀器

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計視場為1°，能對整個地球圓盤進(jìn)行成像。由于“深空氣候觀測臺”位于L1點，因此比起地球軌道，觀測時間會更長，其預(yù)計輻射測量精度為0.1%～0.2%，這是當(dāng)前地球軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)測量精度的10倍。同樣，國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所先進(jìn)輻射計將提供任何地球軌道衛(wèi)星無法獲取的重要缺失數(shù)據(jù)。

等離子體磁強(qiáng)計儀器組件

等離子體磁強(qiáng)計（PlasMag）儀器組件為綜合性科學(xué)與空間氣象程序包，包含磁通門矢量磁強(qiáng)計、法拉第杯太陽風(fēng)正離子探測器和頂帽式電子靜電分析儀。該儀器可實時進(jìn)行高時間分辨率測量，為下一代上游太陽風(fēng)監(jiān)測器的代表，可保持國際監(jiān)測平臺－8（IMP－8）,“風(fēng)”（WIND）,“太陽與日球?qū)佑^測臺”（SOHO）和“先進(jìn)成分探測器”（ACE）等衛(wèi)星太陽風(fēng)測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

脈沖高度分析儀

脈沖高度分析儀（PHA）的目標(biāo)是監(jiān)測衛(wèi)星電子儀器上高能量離子的影響。

脈沖高度分析儀為小型、低功率、高線性能量轉(zhuǎn)移輻射光譜儀（HiLRS），用于評估空間環(huán)境微電子儀器的單一時間效應(yīng)（SEU）。

脈沖高度分析儀可對飛行中的電離離子能量、電荷和質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)測量。

4 地面系統(tǒng)

美國海洋和大氣管理局系統(tǒng)開發(fā)辦公室（NOAA-OSD）地面系統(tǒng)部（GSD）負(fù)責(zé)衛(wèi)星地面系統(tǒng)和支持設(shè)施的技術(shù)與工程咨詢。地面系統(tǒng)部提供從衛(wèi)星和儀器指令到獲取原始衛(wèi)星數(shù)據(jù)遙測數(shù)據(jù)流，以及最終處理和分發(fā)交付圖像和數(shù)據(jù)產(chǎn)品全過程。

地面系統(tǒng)部任務(wù)包括：

·提供衛(wèi)星地面系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)技術(shù)，尤其是在遙測與指令、儀器數(shù)據(jù)處理、圖像現(xiàn)實與分析、產(chǎn)品生成、數(shù)據(jù)存檔、通信以及相關(guān)地面儀器、基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備；

·計劃地面系統(tǒng)活動，包括從“研究至運行”和國際衛(wèi)星任務(wù)引進(jìn)重要新服務(wù)和產(chǎn)品；

·評估新技術(shù)以滿足當(dāng)前和未來地面系統(tǒng)需求，從原始數(shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)；

·引領(lǐng)地面系統(tǒng)開發(fā)，包括說明、采購、安裝和測試系統(tǒng)規(guī)劃和活動旗艦所需的硬件和軟件系統(tǒng)；

·直接同國家海洋和大氣管理局-衛(wèi)星和產(chǎn)品運行辦公室（NOAA-OSPO）、國家海洋和大氣管理局-系統(tǒng)運行辦公室（NOAA-OSO）、美國航空航天局和其他機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，確保未來衛(wèi)星同當(dāng)前與未來地面系統(tǒng)的兼容性；

·支持衛(wèi)星和產(chǎn)品運行辦公室和衛(wèi)星應(yīng)用與研究中心（STAR），實現(xiàn)信息技術(shù)更新和項目擴(kuò)展。