“萨拉尔”海洋监测卫星即将升空

2012年第4季度，法国国家空间研究中心（CNES）和印度空间研究组织（ISRO）联合研制的“萨拉尔”（SARAL）海洋监测卫星，将利用印度“极轨卫星运载火箭”（PSLV）发射。该卫星旨在对全球海洋表面高度、有效波高度和风速进行全球范围的精确、不间断测量，进而提升海洋学研究水平，以及对全球气候变化的分析和预报能力。

1 研发背景

近年来，全球气候出现明显异常，各类极端天气时有发生，引发各国政府和国际组织高度关注。由于海洋面积占地球表面面积的71%左右，海洋的变化与全球气候演变密切相关，因此，对海洋与全球气候之间互动变化的研究也成为当今各类学科研究的核心内容和前沿之一。除派遣科考船赴当地海域、放置专业浮标及仪器等手段外，星基海洋观测正凭借其观测范围广、采样数据准确度高等优势，逐步成为各国加强气象及海洋研究的不可或缺的重要手段。对于研究大面积的海洋动态现象，提高海洋水文、气象预报的准确率，开发海洋资源，发展海运事业和沿岸及近海工程建设，以及监测海洋污染等都具有重要意义。

自美国1978年6月22日发射世界首颗海洋卫星—海星－A（Seasat－A）后，俄罗斯、日本、印度及欧洲等国家和组织也相继发射了比较专业的海洋监测卫星，如“托佩克斯-海神”（Topex-Poseidon）、“贾森”（JASON）等，中国台湾则在1999－2006年陆续发射了3颗“中华卫星”（ROCSAT，后改名为“福卫”），藉此加强其海洋和气象监测能力。而作为欧洲传统航天强国的法国，一方面致力于提升自研的“斯波特”（SPOT）系列遥感卫星、“太阳神”（Helios）系列光学成像侦察卫星的性能，另一方面则积极推动与中国、以色列、印度和欧美等国在航天领域的技术合作，并参与了包括“萨拉尔”、“哨兵”（Sentinel）、贾森－2等多颗有关海洋及气象领域的卫星研发活动。而“萨拉尔”卫星正是其参与和建造的最新型海洋监测卫星代表之一。

2 卫星概况

“萨拉尔”卫星有效载荷数据可应用于多个研究领域，特别是海洋学和大气学，该卫星所获取的数据还将与2008年部署的贾森－2卫星和“哨兵”系列卫星数据进行比对和互补，借此提高数据精确度和气候模型重建准确度。

2007年2月23日，法印双方签署了有关“萨拉尔”项目的谅解备忘录。根据协议，法国国家空间研究中心主要负责卫星有效载荷的研发、数据接收和处理，印度则负责卫星平台建造，卫星的发射和飞行控制等。2012年4月26日，印度空间研究组织正式宣布，将于2012年第4季度在印度萨迪什-达万航天中心（SDSC）利用极轨卫星运载火箭 C－20发射“萨拉尔”等多颗卫星。

“萨拉尔”卫星在海洋、气候等领域的应用情况

卫星基本结构

“萨拉尔”卫星基于印度微小卫星－2（INDIAN MICRO SATELLITE－2）平台建造，采用三轴稳定姿态控制，卫星总质量约450kg，其中有效载荷约200kg，设计寿命为3～5年。卫星尺寸为0.98m×0.98m×2.6m，有效载荷由法国国家空间研究中心研制。根据设计，“萨拉尔”卫星将进入高度为800km的太阳同步轨道，轨道倾角约98°，轨道周期35天。为避免卫星在轨工作时出现共振现象，卫星平台各个面板的连接处均采用了高强度的固定螺栓。卫星子系统包括姿态和轨道控制（AOCS）、遥测与跟踪（TT&C）、电力系统（EPS）等，电力系统包括2副太阳电池翼和1组容量18A·h的锂离子电池。

印度“极轨卫星运载火箭”掠影

研制中的“萨拉尔”卫星

“萨拉尔”卫星主要技术性能

有效载荷

“萨拉尔”卫星搭载的有效载荷主要包括Ka频段高度计（AltiKa）、星基多普勒轨道确定和无线电定位组合系统（DORIS）、激光反射镜阵列（LRA）等。

Ka频段高度计的研发始于2002年，主要是针对传统海洋观测卫星存在的易受电离层干扰、带宽较窄等缺点所产生的数据误差。与传统的工作在Ku和C频段的海洋观测卫星不同，“萨拉尔”卫星首次采用了Ka频段，最大程度降低了电离层变化对测量的影响，但也因此存在当大气水含量大时数据质量不稳定的弱点。Ka频段高度计的主要组件包括偏移反射面天线（ORA）、数字化处理单元（DPU）、高度计（AMU）、辐射计（RMU）及辐射计校准单元（RCU）等。星基多普勒轨道确定和无线电定位组合系统主要用于在电离层出现明显干扰时，辅助卫星进行数据修正。

3 项目主要特点

（1）首次采用Ka频段监测技术，综合性能有所提升

对“萨拉尔”卫星进行测试

近年来，随着对地建模技术的提高，传统Ku频段高度计或Ku、C双频高度计所采集的数据愈来愈难以满足科研数据需求，因此法国国家空间研究中心开始研制Ka频段高度计，“萨拉尔”卫星也成为了全球首颗采用Ka频段高度计进行对地观测的卫星。与传统高度计相比，该卫星搭载的Ka频段高度计具有更强的技术优势：首先，“萨拉尔”卫星的Ka频段工作频率可以避免电离层影响，也就没有必要采用双频高度计进行电离层改正，即使在有明显电离层干扰时，只需利用星基多普勒轨道确定和无线电定位组合系统提供的数据进行电离层修正即可；其次，Ka频段高度计具备更高的脉冲重复频率（4kHz），可以明显增加每秒钟独立回波的次数，因此可提高观测数据的水平分辨率。与此同时，Ka频段高度计的脉冲带宽为480MHz，其垂直解析度可达0.3m；而传统的Ku频段高度计带宽仅有320MHz，垂直解析度为0.46m。因此，Ka频段高度计不仅将极大改善卫星对沙漠、雪地、冰面上的观测精度，同时还能改善近海、冰水混合区观测资料的精度，并增加海湾、内陆水域和陆地观测数据的采样。

Ka频段高度计主要参数

Ka频段高度计组件参数

但需要指出的是，Ka频段高度计也存在技术弱点，其对雪面的穿透深度只有0.1～0.3m，而利用传统Ku频段高度计能穿透的深度达2～10m；并且在对流层中水汽含量较高时会干扰观测结果，如果降雨量大于1.5mm/h，高度计接收到的回波将不能用，而对于Ku频段，小于3mm/h的降雨量几乎不会影响回波。尽管如此，Ka频段高度计仍能获得很多可用观测数据，因为多年的气象资料显示，全球海洋仅有10%的时间降雨量超过1.5mm/h，因此Ka频段高度计的有效数据覆盖面仍可达90%。

（2）推动空间技术优势互补，大力加强法印合作

法国航天事业起步于20世纪60年代，经过数十年的发展，法国航天业已取得长足进步，目前在欧洲，其航天工业规模仅次于英国，拥有世界著名的库鲁航天发射场和相对完善的航天工业体系，其研发的“太阳神”系列卫星、“斯波特”系列卫星等均处于世界领先水平。此外，法国国家空间研究中心在卫星高度计的数据处理方面具有很强的实力，几乎所有的卫星高度计都经过了技术处理和数据分析，并与美国航空航天局（NASA）、美国国家海洋和大气局（NOAA）及欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）等有业务合作。

研制完成的“萨拉尔”卫星

而印度作为世界第6个掌握卫星发射技术的国家，自1975年成功发射其首颗卫星后，一直致力于通过发展航天技术提升其国际影响力。印度前总理瓦杰帕伊等政府高官也曾多次公开表示，印度将利用航天技术而不是军事力量来提升印度在国际社会中的地位。为此，印度一方面通过加强自身技术研发，另一方面则通过与法国、以色列、美国等国家的合作，进一步加强航天力量。其中，与法国的航天合作近年来呈加速趋势，除互相承担卫星发射任务外，两国还加强了卫星的联合研发工作。

2008年，时任印度总理辛格访问法国期间，与时任法国总统萨科奇就航天领域合作进行协商并签署了3项协议，其中包括利用地球观测卫星研究气候变化，以及地面基础设施的研发、合作，推动印度“极轨卫星运载火箭”国际发射活动等。2011年10月，印度利用该火箭成功发射了印、法两国合作研制的“热带云”（Megha-Tropiques）卫星，卫星有效载荷由法、印两国联合研制，这也是两国展开的系列航天合作项目的具体举措之一，而印度也成为继美国之后第2个发射专用于观测热带气候环境变化的气象卫星的国家。此次发射的“萨拉尔”卫星也是两国联合研发的，发射仍由印度“极轨卫星运载火箭”承担。

总的来说，“萨拉尔”卫星仍属于带有技术验证性质的新型卫星，并且还存在诸多局限性，但随着各国对于海洋监测领域的不断重视，其也将为后续卫星的研发提供宝贵经验和借鉴。