中國臺灣福衛-5衛星即將發射

徐冰 吳爽 （北京空間科技信息研究所）

中國臺灣福衛-5衛星即將發射

FormoSat-5 Satellite Will be Launched Soon

徐冰 吳爽 （北京空間科技信息研究所）

近年來，越來越多的國家或地區通過合作、技術轉移等方式發展對地觀測衛星能力。中國臺灣地區通過與發達國家合作學習航天先進技術并積累經驗，成功發展了一系列對地觀測衛星，逐漸具備了天基對地觀測能力。2017年8月底，由中國臺灣研發的福衛-5（FormoSat-5）對地觀測衛星將搭乘美國獵鷹-9（Falcon-9）火箭發射升空。

1 “福衛”系列衛星概況

中國臺灣早期通過購買國外遙感衛星圖像數據獲取天基對地觀測能力。1991年，中國臺灣制定了航天科技發展規劃，開始自主發展航天能力。“福衛”是其中最重要的項目。中國臺灣規劃了福衛-1～3、5和7衛星，福衛-1～3衛星已發射，福衛-5衛星即將于2017年8月底發射。

福衛-1是一顆低軌科學試驗衛星，主要用于海洋水色觀測、電離層等離子體和電動力學效應測量，以及Ka頻段通信試驗等。該衛星于1999年1月27日發射，設計壽命2年，實際在軌運行至2004年6月。福衛-1衛星采取合作方式進行研制，衛星平臺的合作方為原美國湯普森-拉莫-伍爾德里奇公司（TRW）公司（現為諾斯羅普·格魯曼公司），有效載荷的合作方為日本電氣公司（NEC）和美國德克薩斯大學。

福衛-2衛星于2004年5月21日發射，設計壽命5年，目前已停止工作，全色分辨率2m，多光譜分辨率8m，幅寬24km。衛星由中國臺灣和原阿斯特留姆公司[現空客防務與航天公司（ADS）]共同研制，原阿斯特留姆公司作為衛星主承包商，負責研制衛星平臺和有效載荷，同時中國臺灣地區負責研制部分組件。

福衛-3是一個由6顆微衛星組成的低軌氣象環境衛星星座，也稱為“氣象、電離層和氣候觀測星座系統”（COSMIC），由中國臺灣和美國大學大氣研究聯盟（UCAR）合作投資發展，主承包商為軌道科學公司（OSC）。該衛星星座于2006年4月15日發射，目前有5顆衛星仍在軌工作，用于獲取GPS掩星數據以及電離層和氣象觀測數據等。

福衛-7是福衛-3的后續衛星星座任務，也稱為氣象、電離層和氣候觀測星座系統-2，將由12顆微衛星組成星座，平均分布于高低2個傾角軌道面，用于對大氣環境進行觀測，獲取壓力、溫度和濕度等大氣參數，目前正處于研制階段。該星座由中國臺灣和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）聯合發展。英國薩瑞衛星技術公司（SSTL）負責設計和制造這12顆衛星，有效載荷由中國臺灣和美國共同制造。

2 福衛-5衛星項目情況介紹

總體情況

福衛-5衛星項目于2005年提出，作為福衛-2的后繼星，計劃運行在高720km、傾角98.28°的太陽同步軌道，設計壽命5年。福衛-5衛星任務目標包括發展中國臺灣的對地觀測衛星技術和能力，接替福衛-2衛星持續服務于全球圖像用戶，以及促進中國臺灣空間科學研究。

衛星平臺

福衛-5衛星平臺由姿態與軌道控制分系統、指令與數據管理單元、電源分系統和數據傳輸分系統等組成。該衛星平臺呈八棱柱體，尺寸約1.6m（外徑）×2.8m（高），采用三軸穩定控制方式，具有任意方向±45°的側擺能力，衛星具有一定的敏捷性，可在過頂期間對非平行于星下點軌跡的指定區域進行成像，即異步成像能力。圖像數據下行鏈路采用X頻段，數據傳輸率150Mbit/s，測控鏈路采用S頻段。星上固態存儲器容量80Gbit。衛星帶有2塊太陽電池板，在軌期間提供280W平均功率。

其姿態與軌道控制分系統主要用于衛星姿態控制與軌道控制，姿態敏感器包括2個星敏感器、2個磁力計和6個太陽敏感器。姿態執行機構包括4個反作用輪和3個磁力矩器。衛星可在60s內實現滾動向側擺24°、俯仰向側擺24°、偏航向側擺7°。與福衛-2衛星采用的原阿斯特留姆公司低地軌道星-500-XO（Leostar-500-XO）平臺相比，中國臺灣自主開發的福衛-5衛星平臺在敏捷性方面還有一定的差距。

其指令與數據管理單元主要包括星上計算機、數據存儲模塊、遙測與遙控模塊、控制管理模塊、姿態與軌道控制分系統數據處理模塊、SpaceWire復用器-分用器、GPS接收機和DC-DC電能供應模塊等。

其電源分系統由1個功率控制分配單元、1個可重復充電24A ·h電池和2個太陽能發電機組成。其中，功率控制分配單元包含17個電路模塊和100多個功率分配通道，主要用于將太陽電池板獲取的能量按需分配給星上的所有分系統。

有效載荷

福衛-5衛星帶有2個有效載荷，主有效載荷為遙感相機（RSI），次有效載荷為先進電離層探測器（AIP）。

星上遙感相機在設計和研制過程中涉及的關鍵技術包括CMOS探測器設計與制造技術、碳纖維復合材料結構支架制造工藝、星上圖像數據壓縮技術、均衡安裝設計與總裝技術，以及望遠鏡校正技術等。

星上遙感相機是一個推掃成像器，質量95kg，平均功率75W，由卡塞格倫望遠鏡和電子單元組成。卡塞格倫望遠鏡由口徑45cm、焦距3600mm的主鏡，以及次鏡、校正透鏡、遮光罩、碳纖維復合材料結構和焦平面陣列組成。其中，焦平面陣列是最關鍵組件，由CMOS成像傳感器、帶通濾波器、控制電子器件和支架結構組成。CMOS成像傳感器由微像科技股份有限公司設計，包括1個全色和4個多光譜成像傳感器，全色成像傳感器包含12000個像元，每個像元尺寸10μm，多光譜成像傳感器包含6000個像元，每個像元尺寸20μm。遙感相機全色分辨率2m，多光譜分辨率4m，幅寬24km，數據量化12bit。

地面段

福衛-5衛星地面段由任務操作與控制中心，S頻段跟蹤、遙測與指令地面站，X頻段數據接收站，圖像處理中心和海外緊急支援站組成。

其任務操作與控制中心、X頻段數據接收站和圖像處理中心都位于臺灣新竹市科學園區。任務操作與控制中心包括任務操作中心、任務控制中心、飛行動態設施、地面通信網絡和科學控制中心，提供衛星下行遙測數據監控、指令上傳、衛星軌道確定和預測、衛星任務調度、科學數據獲取與分發，以及內外部通信等功能。X頻段數據接收站主要用于接收衛星圖像數據，圖像處理中心負責圖像數據處理與分發。2個S頻段跟蹤、遙測與指令地面站位于臺南成功大學歸仁校區，1個S頻段跟蹤、遙測與指令地面站位于中壢中央大學，提供與衛星的遙測、跟蹤和遙控服務。海外緊急支援站主要提供衛星發射與早期軌道、衛星緊急及軌道機動時所需的支援。

性能對比

雖然福衛-5是福衛-2的后繼星，但是其各方面性能并沒有大幅提升。與福衛-2衛星相比，福衛-5衛星平臺敏捷性較差，但福衛-5衛星的多光譜成像分辨率、星上存儲能力和數據傳輸率均比福衛-2衛星有所提高。

福衛-5與福衛-2衛星性能對比

3 “福衛”系列衛星應用情況

雖然中國臺灣一直宣稱“福衛”衛星系列面向民用，以滿足本地區需求為主，已廣泛應用于資源勘測、土地利用、變化監測、農林規劃、環境監控、海洋監視、災害評估以及科學研究與教育等眾多領域。但“福衛”衛星還可應用于軍事領域，例如2005年5月-7月，福衛-2衛星對伊朗阿拉克核電站區域進行連續監測，發現伊朗正在大力建造阿拉克核電站，為中國臺灣地區提供了重要的軍事情報。

此外，中國臺灣還通過“亞洲哨兵”（Sentinel Asia，“亞洲哨兵”是由亞太地區航天機構和災害管理機構聯合組成的志愿機構，主要利用遙感技術和地理信息技術為亞太地區的災害管理提供技術支持）、國際憲章和聯合國衛星應用計劃訓練與研究營運中心（UNOSAT）等災害救濟國際合作項目或組織，利用福衛-2衛星圖像向全球提供人道主義救援。福衛-2衛星自發射以來，已經為數十個國家、數百次自然災害提供了人道主義救援，包括2010年2月的智利地震、2011年3月的日本地震與海嘯，以及2011年7月的泰國洪災等。