为地球环境“站岗”的欧洲哨兵－3A卫星入轨



为地球环境“站岗”的欧洲哨兵－3A卫星入轨

Sentinel－3A Satellite: Standing Guard for Earth Environment

2016年2月17日，哨兵－3A（Sentinel－3A）卫星升空。哨兵－3为全球海洋和陆地监测卫星，属于欧洲“哥白尼”（Copernicus）计划的专用“哨兵”系列，主要任务是高精度和准确测量海面地形、海洋和陆地表面温度及颜色，以支持海洋预测系统，用于环境和气候监测。哨兵－3任务是由2颗同样卫星组成的星座， 即哨兵－3A和3B，2颗卫星轨道相位差180°。哨兵－3B卫星计划于2017年发射。

1　卫星概况

哨兵－3主承包商为泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS），合同于2008年4月签署，合同总价3.05亿欧元。卫星将运行在高度为814km、倾角为98.6°的太阳同步轨道，降交点当地时间10：00，重访周期27天。

卫星的遥测、跟踪和控制采用S频段天线，下传速率为123kbit/s或2Mbit/s，上传速率为64kbit/s，下行链路采用X频段，速率为520Mbit/s。星上数据存储容量为300Gbit（寿命末期）。

哨兵－3性能指标

2　有效载荷

哨兵－3携带的有效载荷包括光学仪器和地形学仪器。

光学仪器

光学仪器有海洋和陆地彩色成像光谱仪（O L C I）、海洋和陆地表面温度辐射计（SLSTR），提供地球表面的近实时测量数据。

（1）海洋和陆地彩色成像光谱仪

海洋和陆地彩色成像光谱仪为中分辨率线阵推扫成像光谱仪，是欧洲“环境卫星”（Envisat）星载中分辨率成像仪（MERIS）的改进仪器。该仪器质量约150kg，幅宽为1300km，视场（FOV）68.5°，海洋上空的分辨率为1.2km，沿海区和陆地上空的分辨率为0.3km。

海洋和陆地彩色成像光谱仪的视场被安装在校准装置的5台相机分离，每台相机拥有一个光栅，可提供最少16个谱段，加上潜在的可选谱段，将用于改进大气校正值。

海洋和陆地彩色成像光谱仪观测示意图

与已退役的“环境卫星”上的中分辨率成像仪相比，该光谱仪进行了如下改进：

1）海岸区域、内陆水和海冰高度计的沿轨合成孔径雷达（SAR）观测能力；

2）该光谱仪相机在天底点视场外能够尽可能减小太阳耀斑干扰；

3）该光谱仪和辐射计中新的光谱谱段能改进地球物理反演值以及活动火源探测；

4）该光谱仪和辐射计数据融合能生成植被数据产品。

（2）海洋和陆地表面温度辐射计

海洋和陆地表面温度辐射计为“环境卫星”星载先进沿轨扫描辐射计（AATSR）的改进型，质量为90kg，工作在可见光和红外谱段，与海洋和陆地彩色成像光谱仪谱段完全重迭，主要用于海洋和陆地表面温度观测。和星载先进沿轨扫描辐射计不一样的是，前者为双扫描装置，幅宽更宽，为750km。后者热红外通道的分辨率为1km（天底点），可见光和短波红外通道的分辨率为500m。

海洋和陆地表面温度辐射计由两个物理单元组成，分别安装在平台上：

1）海洋和陆地表面温度辐射计光学扫描单元（SLOSU，简称OSU），主要由光学机械外壳（OME）和热辐射计、前端电子仪器（FEE）、冷却系统和探测组件（DA）组成；

2）海洋和陆地表面温度辐射计控制与处理电子仪器（SLCPE，简称CPE），负责控制所有分系统和管理卫星数据接口。

2种辐射计性能比较

两种雷达模式技术参数

地形学仪器

地形学仪器包括合成孔径雷达高度计（SRAL）、微波辐射计（MWR）、全球导航卫星系统（GNSS）接收机、多普勒轨道确定和星载无线电定轨定位组合系统（DORIS），以及激光后向反射器（LRR）。地形学仪器将主要用于提供开放海域、海岸区域、冰盖、河流和湖泊的高精度测高数据。开放海域测量将联合其他任务，形成永久全球海洋观测系统（GOOS）。开放海域的主要测量参数包括海表高度（SSH）和有效波高（SWH），用于反演海表风速。

（1）合成孔径雷达高度计

合成孔径雷达高度计是地形学有效载荷的核心仪器，将用于保持贾森－2（Jason－2）卫星星载波塞冬－3（Poseidon－3）高度计、冷卫星－2 （CryoSat－2）卫星星载合成孔径雷达干涉测量雷达高度计（SIRAL）以及印度联合研制的“萨拉尔”（SARAL）卫星星载Ka频段高度计（AltiKa）等仪器数据的连续性。

微波辐射计性能指标

合成孔径雷达高度计是一台双频（C频段和Ku频段）高度计，质量约为60kg，提供地表高度、海浪高度和海风速度等数据。该仪器的雷达采用线性调频脉冲，地表高度测量的主频率是Ku频段（13.575GHz，带宽350MHz），C频段（5.41GHz，带宽320MHz）用于电离层修正。2个频段的脉冲持续时间为50ms。合成孔径雷达高度计有2种雷达模式：低分辨率模式（LRM）和合成孔径雷达模式。

（2）微波辐射计

微波辐射计为天底点探测器，工作频率为23.8 GHz和36.5GHz（K/Ka频段），每个频段覆盖带宽为200MHz。微波辐射计将用于测量水蒸气和云含水量，必要时对大气组件和雷达测量导致的传播延迟进行补偿。

（3）“全球导航卫星系统”接收机

“全球导航卫星系统”接收机是GPS星座或“伽利略”系统的双频仪器，用于提供精确定轨（POD）数据。此外，还将周期性提供实时导航公告，定位精度为3m(rms)。接收机质量11kg，能同时跟踪12颗卫星。导航卫星传输的信号也会受到电离层影响，通过比较1160～1590MHz范围内不同频率的2个信号可以达到修正效果。

（4）激光后向反射器

激光后向反射器为被动装置，由一组三角棱镜组成，用于通过激光测距技术确保卫星在地面的高精度定位。激光地面站（SLR）网络将用于这个目的，其测量结果将为改进和验证GNSS数据形成的精确定轨解决方案做出贡献。

3　地面段

哨兵－3地面段负责卫星星座的总体指令和监控，以及获取、处理和分发其对地观测数据。地面段2个主要部分为飞行运行系统（FOS）和有效载荷数据地面段（PDGS）。飞行运行系统主要职责包括卫星监控与控制，含所有平台活动和有效载荷进度指令。有效载荷数据地面段主要负责接收和处理哨兵－3有效载荷数据，确保卫星任务执行满足所有“哥白尼”用户需求和卫星性能，确保“哥白尼”用户使用满足预期质量和时间限制的哨兵－3产品，还包括所有其他支持活动。

晓然/文 王晓宇/本文编辑