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标  题: 解读双星计划:中欧携手地球空间六点深测
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Thu Aug  5 13:42:09 2004)

来源： 《国际航空》

　　双星计划是我国与欧洲航天局合作的第一个科学探测卫星项目，也是我国航天史上第
一次真正意义上的空间科学探测计划。双星将与欧洲航天局发射的“团星”2四颗星配合，
形成人类第一次从太阳到地球空间的6点立体探测体系。目前，“探测”一号通过专家评审
后已交付使用，“探测”二号正整装待发 

　　中科院空间中心于1997年，提出利用两颗轨道相互交叉的卫星进行大范围的磁层空间
同步探测的设想，即“地球空间双星探测计划”，简称为双星计划。计划中的两颗卫星的
探测数据经过联合处理后，可以探明磁层空间与太阳活动的时序关系，验证目前仍处于理
论猜想阶段的磁层空间暴触发机制理论，以及发现重要的能量粒子运输途径等。 

　　与欧洲的合作双星计划提出后，欧洲航天局和国际空间局协调组（IACG）在有关会议
上对中国的双星计划进行了讨论，并写出了推荐书，认为双星计划将对国际日地物理计划
起到重要的作用。而欧洲航天局正在实施的“四星”2计划没有大范围地球空间同步测量的
功能，双星计划恰好可弥补这个缺憾，因此，双星计划引起了国际空间界的重视。 

　　欧洲航天局为了推动中国双星计划与“团星”2计划的合作，主动派出以欧洲航天局科
学项目主任博内教授为团长的10人代表团于1997年11月访问了中科院空间中心，并明确提
出希望参加中国的双星计划。此后经过多次论证、谈判和协商，双方终于确定联台实施双
星计划。 

　　欧洲航天局成员国中有6个国家参加了双星计划。 

　　这项耗资4.3亿元的计划是我国与欧洲航天局合作的第一个科学探测卫星项目，也是我
国航天史上第一次真正意义上的空间科学探测计划。这两颗卫星将与欧洲航天局发射的“
四星”2四颗星进行配合观测，实现不同区域同时探测，形成人类第一次从太阳到地球空间
的6点立体探测体系。探测的科学成果将由我国与欧洲共同享有。 

　　“探测”一号交付使用2003年12月30日，西昌卫星发射中心用“长征”二号丙／SM型
运载火箭，成功地将双星计划中的“探测”一号送上太空，并成功地进入预定轨道，它的
主要任务是探测近赤道区磁场和粒子时空变化规律，分析由于太阳活动引起近地空间各种
干扰活动的发生和发展规律。 

　　西安测控中心获得的数据表明，“探测”一号准确进入近地点高度为555千米、远地点
高度为78051千米、倾角为28.5度的预定卫星工作轨道。这是我国第一次发射高轨道卫星，
也是目前世界上少有的高轨道卫星，是我国第一次对距离地球7万多千米的航天器成功实施
跟踪测控，以往我国测控系统跟踪卫星最远的也没超过4万千米，而“探测”一号卫星的远
地点轨道高度几乎是普通地球同步卫星的两倍。 

　　此前，我国的科学实验卫星大多是根据宏观需求研制，并在太空运行试验过程中开展
科学实验工作。而“探测” 一号自立项开始就是以双星计划具体科学目标为基础，并以适
应与满足其目标为前提进行卫星的设计和研制，这在我国科学实验卫星研制领域还是第一
次。 

　　“探测”一号的质量330千克，高约4米，在轨最大展宽为8.3米。其本体为圆柱型，直
径为2.1米，柱高1.4米。卫星采用自旋稳定，转速为15转／分钟，其设计寿命18个月。 


　　在“探测” 一号的研制中，中国空间技术研究院按照研制程序，完成了整星的真空热
试验、振动试验、噪声试验、伸杆展开试验、质量特性测试、磁特性测量与补偿等试验；
星载电子设备累计通电约1000小时；确保产品通过了各项环境筛选试验，使各项技术指标
满足了任务要求。此外，该研究院在“探测” 一号的研制中还继续推行小卫星研制中采用
的先进的并行工作法，把问题解决在较低的级别和层次上，并行地完成了电子系统试验床
、控制系统试验床和有效载荷试验床的系统集成和软件试验，保证了整星电性能测试顺利
开展，使卫星所有技术指标达到了卫星研制总要求。 

　　“探测”一号上安装了8台探测仪器，其中，欧洲航天局成员国，英国、法国和奥地利
提供了热离子分析仪、电子电流仪、磁强计、波探测器、主动电位控制仪；中科院提供3台
仪器被称为“三高”，包括高能质子探测器、高能电子探测器和高能重离子探测器。这8台
探测仪器共同实现对赤道区域磁场和粒子的时间空间变化规律的探测。 

　　由于双方设备互不兼容，设备之间无法实现直接的对接，因此，我国自主研制了7台公
用系统设备，其作用是实现8台探测仪器之间的对接与探测数据的采集、存储和转发。 

　　自“探测”一号首次向地面发回探测仪器对“空间风暴”的测试数据后，空间中心的
工程技术人员对各种仪器的跟踪测试工作一直在进行中，一旦发现纰漏就立刻发射指令加
以纠正。“探测”一号在太空运行一个多月后，最后一台探测仪器，即热离子分析仪在今
年2月13日通过在轨测试。至此，其上的8台探测仪器的测试工作已经全部完成，在轨测试
结束后，整个探测卫星就进入科学应用阶段。 

　　据介绍，“探测”一号初步探测了太阳风、弓激波、磁层顶、环电流以及内外辐射带
等重要空间区域的高能电子、高能质子、重离子、低能电子、热离子及磁场的空间分布和
时间演化过程，采集了大量科学数据，取得了一些新的科学成果。在经过了3个多月的卫星
平台和有效载荷在轨测试后，4月12日经中欧专家评审，“探测”一号卫星各项技术指标达
到设计要求，卫星与地面系统工作正常，星地系统匹配良好，正式交付使用。 

　　“探测”二号整装待发“探测”二号将围绕南北极上空运行于倾角90度的极区大椭圆
轨道，其近地点高度为700千米，远地点高度为4万千米。主要用于探测高纬度空间区域磁
场和粒子的时空变化规律。

　　目前，“探测”二号上的主要仪器和国产的主要设备都已生产完毕，其探测设备顺利
通过了装星前的最后一次联合测试。这些设备包括5台中方研制的探测仪器和3台欧方研制
的探测仪器以及7台公用设备。中科院空间科学与应用研究中心和欧洲航天局的专家们先后
对这些仪器进行了接口测试、功能测试和系统测试，专家还设计了53条指令以模拟星上环
境对设备进行测试，成功实现了指令执行、数据下行。测试结果表明，所有设备都完全满
足了设计要求。有效载荷联试后，将其安装在卫星上，并进行整星测试。按计划，“探测
”二号在今年6月20日运往卫星发射中心，7月20日左右发射升空。 

　　“探测”二号上安装的设备中将有3台探测仪器不同于“探测”一号上的。其中，由我
国自主研制的低能离子探测器和低频电磁波探测器，分别取代了“探测”一号上由欧洲航
天局提供的热离子分析仪和低频电磁波探测器。 

　　由于“探测”二号运行空间内带电粒子较少，原用来中和这些带电粒子的电位主动控
制仪由我国和爱尔兰、瑞典等国联合研制的中性原子成像仪取代，用来探测卫星运行空间
内不带电粒子的时空分布，并进行成像。中性原子成像仪由两部分组成，前面是探头，主
要用来接收信号，接收的信号送到电磁信号处理部分放大和进行数据处理。 

　　成像后将其数据都储在存储器里，传到公用设备，由公用设备下传。 

　　“探测”二号卫星在轨运行经过北半球极区地带时，由于是卫星底部对着地面接收站
，因此除了顶部天线，“探测”二号还会在底部增加一部天线。 

　　双星的主要特点和要求我国以前成功地发射了很多卫星，但那些都是应用卫星，而双
星计划的卫星真正是为科学探测目标设计的。因此，双星与以往发射的卫星相比，除星上
的设备和卫星本身要达到的目的不同外，还具有以下特点： 

　　首次拍摄电荷图像。“探测二号”上安装的中性原子成像仪具有经过测量后自动成像
的功能。一般情况下，地球磁层空间高能带电粒子运动变化是无法成像的，当高能粒子向
某处运动时，可与该处原地的中性粒子发生电荷交换，随后高能粒子就变成不太活跃的中
性粒子，中性原子成像仪就可用来拍摄这一情景。 

　　6星聚集磁尾。“探测”二号选择7月份发射，因为6、7月份“四星”2的4颗在轨探测
卫星和“探测”一号恰好全部转到了磁尾，如“探测”二号在7月发射到磁尾，这样6星集
中在同一区域，有利于卫星统一协调工作，以达到最好的配合与探测效果。 

　　可遥感赤道地区情况。“探测”二号除可以帮助科学家用肉眼看到带电粒子在空间的
变化外，中性原子成像仪还可以利用遥感技术，实现异地观测。“探测”二号入轨后虽然
只在极区范围内移动，但它能做一些“赤道星” 

　　所能做的工作，获取赤道区域内由带电粒子引起的环电流情况，作为“探测”一号数
据信息的有效补充，使科学家更全面地认识磁暴现象。 

　　轨道配置具有优势。双星轨道的配置与其他国家的同类探测卫星的不同。在国际地球
空间探测的几颗卫星中，不管是卫星轨道的近地点还是远地点都距地球比较远，一般情况
下，卫星在轨道远地点运动的时间较长，在轨道近地点运动的时间很短，而对地球磁层空
间暴的探测恰恰需要卫星在离地球相对较近的位置。我国双星的轨道远地点的距离在同类
卫星中比较近，因此，双星的轨道高度对探测工作来说比较合适。 

　　双星计划将当前地球空间物理中最前沿的课题作为探测目标，为此，星上安装的测控
仪器非常精密和灵敏，是目前国际上最先进的仪器，尤其是粒子探测器，它能探测从小于
1电子伏特（EV）到10亿电子伏特的各种宇宙粒子。这就对卫星技术提出了更高的要求，这
些要求主要有： 

　　为了保证空间磁场探测的精度，这两颗卫星都采用磁控技术，以减少卫星本身磁场对
空间磁场的干扰，即卫星的存在不要“污染”太空中需要探测部分原来的自然环境，这样
才能保证探测数据的真实性；探测磁场的两台仪器要放在尽量远离卫星的地方，这要求卫
星准确地伸出去以作为磁场探测仪器工作平台的伸杆；由于“探测”一号要穿过内外辐射
带的中心，卫星受到的带电粒子辐射强度大约是地球静止轨道环境的8倍，这样要求卫星具
有很强的抗辐射能力；“探测”一号是目前我国已发射的卫星中最远的一颗，如此远距离
的跟踪测控和卫星热设计及电源设计有很大的难度。 

　　为解决这些难题，以满足有效载荷的要求，中国空间技术研究院开展了一系列设计与
试验验证，如电气接口验证、热模型验证、结构力学模型验证、星箭机械对接和分离冲击
试验、卫星与地面测控系统对接试验以及星箭电磁兼容性等试验。 

　　运载火箭突破多项关键技术“长征”火箭有中国航天“金牌火箭”的美誉。这次发射
“探测”一号的是“长征”二号丙／SM运载火箭，是“长征”二号丙运载火箭的改进型，
其总长约40米，起飞质量约214吨，它是中国目前飞得最高的运载火箭，它的发射是自199
6年10月以来，中国“长征”火箭连续第33次成功发射。 

　　为满足发射“探测”一号高轨道的需求，科研人员在“长征”二号丙基础上突破了多
项关键技术。主要包括研制了一个新的上面级和安装了控制系统与遥测系统，所以，新火
箭不仅打得高，且能够在太空完成复杂的调姿动作。火箭上新增的上面级相对独立、自成
体系，功能相当于一枚小火箭。它虽与第二级火箭相连，但与“探测”一号卫星作为一个
整体放置于卫星整流罩中。同时，该上面级还采用自旋稳定姿态控制方式、大角速率长寿
命惯组、四重分集GPS接收机、大推力小偏差固体发动机等技术。 

　　火箭升空后，一、二级火箭按正常程序关机、分离，将卫星送到近地点500多千米高度
时，上面级启动工作，固体发动机调姿变轨后将卫星送入远地点7万多千米的预定轨道。 


　　另外，双星的发射还首次引入太空环保概念，即：火箭首次增加了返回控制功能，当
火箭把卫星送入轨道实施星箭分离后，能够在太空完成复杂的调姿动作，将被继续受控返
回大气层烧毁，以免成为漂浮的太空垃圾。根据测算，如果在星箭分离后任由火箭在太空
漂浮，它坠落回大气层将在100年之后。 

　　假设每次发射都把剩余火箭留在大空，将对航天器的安全构成极大威胁。
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  老鼠怕猫？
    那是谣传！^-^ 


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