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标  题: 中国返回式卫星遥感和科学试验的回顾与展望
发信站: 哈工大紫丁香 (2004年05月05日21:33:56 星期三), 站内信件

====== 中国空间技术研究院返回式遥感卫星总师 唐伯昶 =======

　　 返回式卫星0号（FSW-0）是我国第一代国土普查卫星，返回式卫星1号（FSW-l）是一
种摄影测绘卫星，返回式卫星2号（FSW-2）是我国第二代国土普查卫星。以上3种型号返回
式卫星的发射情况见表1。

　　 我国的返回式卫星在进行卫星遥感主任务的同时，还进行了大量的搭载科学试验。各
颗返回式卫星搭载科学试验情况见表2。

表2　中国返回式卫星搭载科学试验一览表

序号 型号   发射日期   有源搭载项目            无源搭载项目   搭载总重（千克） 
   
1   FSW-0  1975.11.26      --                    辐射剂量        未统计 

2   FSW-0  1976.12.07      --                    辐射剂量        未统计
 
3   FSW-0  1978.01.26      --                    辐射剂量        未统计
 
4   FSW-0  1982.09.09   CCD摄像                    --              23 

5   FSW-0  1983.08.19   CCD摄像                    --              23 

6   FSW-0  1984.09.12   CCD摄像                    --              23 

7   FSW-0  1985.10.21   CCD摄像                    --              23 

8   FSW-0  1986.10.06     --                       --              -- 

9   FSW-0  1987.08.05   海藻，微重力测量(法)      种子             36
                        砷化镓晶体生长

10  FSW-1  1987.09.09   --                       种子等            2.2 

11  FSW-1  1988.08.05   蛋白质晶体生长(德)       种子，动物细胞    53
                        砷化镓晶体生长           藻类等  

12  FSW-1  1990.10.05   砷化镓晶体生长           种子，藻类        63.1 
                        动物试验                 植物细胞，菌类
                        微重力测量               虫卵等
 
13  FSW-2  1992.08.09   蛋白质晶体生长           藻类等            65.8 
                        碲镉汞晶体生长 

14  FSW-1  1992.10.06   砷化镓晶体生长           种子，植物        42.4
                                                 菌类等

15  FSW-1  1993.10.08   砷化镓晶体生长           种子，植物        106.1
                        冲击测量                 动物细胞等

16  FSW-2  1994.07.03   蛋白质晶体生长           种子，菌类等      127.3
                        细胞培养
                        微生物生长
                        微重力测量

17  FSW-2  1996.10.20   生物培养                 种子，菌类        264.9 
                        晶体生长实时观测         动物细胞等
                        砷化镓晶体生长
                        GPS接收，光盘信息存放
                        电子信息接收 


注：除特别注明的外，其余搭载的项目为国内的。 


　　一、中国返回式卫星基本情况

　　 中国返回式卫星从0号发展到1号、2号，经历了一个从初级到高级，技术不断进步的
过程。FSW-0和FSW-l具有相同的外形，其形状为羽毛球状的钝头截锥体，最大直径为2200
毫米，总长为3144毫米，头部半锥角为10度，由仪器舱和回收舱组成。FSW-0有11个分系统
:有效载荷、结构、热控、姿控、程控、遥测、遥控、跟踪、天线、回收以及电源分系统。
而FSW-l和FSW-2增加了一个压力控制分系统。 

　　 FSW-2的外形与FSW-0、1相差较大，相当于在原0号和1号的结构底部增加了1个高1500
毫米、直径2200毫米的圆柱段。其总长为4644毫米，最大直径为2200毫米。

　　 1.卫星分系统简述

　　 我国3种型号返回式卫星的有效载荷都是胶片型可见光遥感相机。FSW-0为一台棱镜扫
描式全景相机，FSW-1为一台画幅式相机，FSW-2为一台节点扫描式全景相机。卫星发射前
装有一定数量的胶片，发射入轨后通过星上的程序装置或地面遥控使相机对地开机照相，
按计划的摄影区域，获取地物目标信息。卫星完成全部摄影任务后，返回舱脱离运行轨道
，带着摄影胶片返回地面。应用系统将摄影胶片冲洗处理后，获得地面景物的照片。

　　 FSW-0和FSW-l的结构分系统主要由2个舱段结构组成。仪器舱壳体为铝合金金属结构
，舱内主要安装照相机及在轨工作的仪器。仪器舱具有良好的密封性，可以满足照相机在
轨工作的压力环境。回收舱内衬为铝合金，外部为耐高温的烧蚀材料。回收舱在再入大气
过程中，由于严重的气动加热会产生高温，外部的烧蚀材料一边烧蚀一边将热量带走，从
而保证舱体不会烧毁，并且内部有合适的环境温度。仪器舱和回收舱用爆炸螺栓相连接，
在需要分离时，通过电控引爆使两舱分离。FSW-2由3个舱段组成：仪器舱、制动舱和回收
舱。其材料和舱段连接方式与前两个型号相仿。

　　 热控分系统利用保温与散热等不同的措施，保证星上设备有合适的工作环境。卫星在
运行过程中，向阳面温度高，背阴面温度低，返回式卫星的这种温差可以达到200℃。另外
，用电功耗大的仪器会发热，需要将热量散发出去，处于低温环境的设备需要保温或加温
，这些都要靠热控措施来解决。返回式卫星的热控措施和其它的卫星一样，有被动热控和
主动热控之分。被动热控就是为被控设备选择合适的表面涂层或隔热保温材料进行保温，
或用散热好的材料散热。而主动热控则是以电控方法采用加热或通风的办法达到升温或降
温的目的。FSW-0采取被动热控措施，1号和2号采用被动热控与主动热控相结合的方式，以
保证星上设备具有正常的温度环境。 

　　返回式卫星的控制分系统具有姿态控制和轨道维持两方面的功能。姿态控制是对地定
向三轴稳定系统，可以满足有效载荷对地摄影的姿态要求，还用于给出返回前的姿态基准
。它用陀螺和红外地球敏感器作姿态测量部件(1号和2号增加了太阳敏感器），用冷气喷气
系统作执行机构来完成控制功能。2号增加了轨控发动机，作为长时间飞行的轨道维持手段
。

　　程控分系统的主要功能是产生程序控制指令，控制照相机和其它需定期开关机的设备
。遥测分系统的功能是采集星上数据，经编码、调制后，由射频传到地面站，经地面接收
解调和处理后，得到所需的卫星工程数据。

　　遥控分系统的功能是接收地面发送的指令信息，收到后向星上其它设备发出指令，控
制星上设备的开关机和状态变化。1号和2号返回式卫星的遥控分系统增加了数据注入的功
能。星上姿控、程控、遥控等分系统使用计算机或微处理器，加上遥控分系统的数据注入
功能，地面就可以方便地用数据注入的办法修改卫星的飞行程序。这对于需要根据天气情
况开机照相的遥感任务来说，是非常重要的。

　　 跟踪分系统的功能是完成地面跟踪和轨道测量。星上装有双频测速和雷达测距设备，
地面和星上设备相互配合测出卫星到地面站的距离与方位，经计算得到卫星的轨道数据。

　　 回收分系统的功能是保证卫星的安全着陆。当卫星完成在轨摄影和科学试验任务后，
由姿控系统调整好卫星姿态，返回舱和仪器舱分离。分离时刻作为时间零点，回收分系统
由此开始执行卫星的回收程序，发出一系列指令，如制动火箭点火、无线电设备开机、降
落伞开伞等，使返回舱离开运行轨道飞向地球，到一定的高度打开降落伞，最后软着陆。 

　　电源分系统包括电池、电源变换器和配电器及电缆等设备。其功能是为星上设备供电
和配电，使星上设备能正常工作。电源分系统采用的电池为锌银化学蓄电池。

　　 1号和2号返回式卫星增加了压控分系统。其功能是控制密封舱的压力，以满足相机工
作的压力环境要求。

　　 2.卫星主要参数

　　 我国返回式卫星的主要参数见表3。

　　 3.卫星飞行程序

　　 返回式卫星从发射到返回地面的飞行程序大致为: （1）运载火箭起飞，运载火箭完
成主动段飞行，将卫星送到预定的轨道; 卫星和运载火箭分离，卫星入轨; 星箭分离开关
启动姿控、程控系统工作。（2）按预定计划，由程控指令开机，对预定地面地区照相或进
行其它科学试验。（3）卫星完成照相和其它试验任务后实施返回。返回时首先将卫星调整
到返回姿态，两舱分离，制动火箭点火，返回舱脱离运行轨道，卫星以一定的再入速度飞
向地球。在通过稠密大气层前，FSW-2要抛掉含有制动火箭的制动舱，而FSW-0、1则在进入
稠密大气层后速度减到一定值时再抛掉制动火箭和返回舱大底。（4）当回收舱到达一定高
度时降落伞开始工作。开伞前无线电设备开机，地面接收无线电信号并跟踪目标，直到回
收舱降落地面，回收人员到达现场将舱体收回，完成一次卫星的飞行任务。
 
　　二、我国返回式卫星的成果和科技贡献

　　 我国3个型号的返回式卫星用遥感手段获取了大量有用的地面目标信息，在完成遥感
主任务的同时，还以搭载形式完成了大量的科学试验，为国民经济、国防事业及航天科技
作出了贡献。下面从卫星遥感和搭载科学试验两个方面来阐述这些成果。

　　 1.遥感成果累累

　　 我国3个返回式卫星型号从对地面目标特征考察和目标定位两个不同的方面，进行了
遥感摄影。FSW-0和FSW-2的遥感目的主要是目标特征考察，我们经历了一个技术不断发展
、目标分辨率不断提高的过程。FSW-l的遥感目的主要是目标定位和地图测绘。将两方面的
成果结合起来应用，对我国城市规划、地质地震调查、石油开采、港口建设和海岸测量、
河流污染检测、森林资源调查以及绘制准确的我国地形图，都发挥了重大的作用。

　　 下面以1978年1月26日发射的FSW-0返回式遥感卫星为例，说明遥感照片在各个领域的
应用。本次胶片回收后，国家有关部门组织航天、石油、地质、地震、海洋、测绘、考古
等单位的专家，对京津唐地区、柴达木盆地冷湖地区及东部、南部沿海地区约200万平方公
里面积的照片进行判读分析，各部门专家均写出了判读和分析报告。

　　 航天遥感专家调查小组判读了部分照片，对地面目标进行分析，能发现一般房屋、圆
形建筑、桥梁、机场上停放的飞机等目标。

　　 地质部门专家对照片进行纠正处理，绘制出1∶5万到1∶20万的地质图。专家经计算
比较得出：对应1.6万平方公里的面积，相当于3幅1∶20万的地质图，如果人工测绘，大约
需30人花6年时间才能完成。而利用卫星照片，1个人3天左右即可初步完成。放大到1∶5万
比例尺的照片，不低于地面实测的精度。专家指出，对柴达木冷湖地区一个未经调查的石
油天然气远景区进行初步勘探，用卫星照片可比人工勘测缩短十几年的时间。

 　　 石油勘探专家指出，利用卫星照片进行石油勘探大有可为。以柴达木盆地依克雅乌
汝构造为例，1956年曾作过1∶5万的地面详细调查，测点548个，共26人室外工作4.5月查
清此构造。现在用卫星照片只要过去三分之一的时间，即可达到目的，大大提高了调查的
速度和精度。专家还认为，利用卫星照片可快速准确地确定地下水资源地段。

　　海洋专家小组指出，从照片可以看出流入渤海湾的黄河、海河、滦河的泥沙流的流向
规律和相互作用情况，为解决渤海湾内的流系规律及天津新港泥沙回淤课题提供了有效的
资料。通过照片还可以发现海水的污染，胶州湾的海域照片可清楚显示海水的污染范围。
通过照片还可分析海冰的类型及分布范围，对渤海海冰的预报有重要的经济意义和国防意
义。判读海南岛海域的照片，可以看出水下地形的起伏情况。如对这些照片进行计算机处
理，加上少量的实测数据，可得到该海域的水下地形图。对于海岸调查，国家海洋局1971
年用3条调查船，160余人野外工作3个多月，完成了50千米的海岸区域调查。经过几年的处
理作业，才于1974年得出5.5幅1∶2.5万的海岸带图。而用1∶2.5万的遥感照片几个人用几
天的时间就可以完成该作业的绝大部分工作。

　　 国家地震局专家用卫星照片绘制了《北京北部地区主要断裂构造图》，构造图能够清
楚地显示山区、山间盆地和平原。根据它们的地震地质特点，判断该地区的地质断裂带，
较快地提出了该地区中长期的地震预报初步意见，并对地震台站和地震测点的布置较快地
提出了选择方案。

　　 国家测绘局的专家用有30％重叠的两张照片，选择31个具有地面目标特征的点，测出
相片上的坐标，利用全景相片解析法公式，用计算机按空间摄影定位的方法计算，得到4个
点的空间地心坐标和平面直角坐标，将求得的坐标与已知的坐标值比较，得到平面位置误
差为200～600米。由于FSW-0不是专为摄影定位设计，所带来的误差（尤其是高程误差）较
大。但这是用卫星进行摄影定位的一次尝试，具有重要意义。1987年发射成功的FSW-1是专
门用来进行摄影定位的。自此以后，我国就解决了对国土目标的摄影定位问题。

　　考古专家用返回式卫星的遥感照片进行考古研究，取得了可喜的成绩。内蒙昭乌达盟
克什克腾旗达里诺尔湖旁的应昌路古城，为元朝初年所建。最新发现，1961年考古勘测为6
50米×600米的平面形状，此次遥感照片测得平面形状应为800米×600米，纠正了1961年测
图的错误。用遥感照片对金代界壕遗迹进行考察，得到了比考古勘测更准确、清楚的走向
，在学术上具有重要价值。

　　 FSW-2返回式卫星研制成功后，我国遥感技术水平上了一个新台阶。FSW-2所获取的照
片地面分辨率比FSW-0有大幅度的提高。

 　　 2.搭载科学试验广获丰收

　　 中国返回式卫星在完成对地遥感观测主任务的同时，还以搭载的方式进行了一系列科
学试验，取得了一些试验成果。

　　 （1）空间生命科学试验

　　 在中国返回式卫星上进行的生命科学试验，主要有空间蛋白晶体生长试验和空间细胞
培养试验。1988年在发射FSW-1时搭载了德国的蛋白晶体生长试验，以后在1992年和1996年
发射FSW-2时搭载了中国科学院的蛋白晶体生长试验。除蛋白晶体生长试验外，FSW-2上还
进行了细胞培养和微生物生长试验等。 

　　 （2）空间材料加工试验

　　 空间材料加工试验主要进行了两种半导体材料的空间晶体生长试验，一种是以砷化镓
半导体材料为主，共进行了7次试验（FSW-0上1次，FSW-l上4次，FSW-2上2次）；另一种是
以碲镉汞半导体材料为主，在1992年发射的FSW-2上进行1次。

　　除了砷化镓、碲镉汞外，其它进行了试验的半导体材料还有锑化铟、锑化镓、钇钡铜
氧化物等。除半导体材料外，还在返回式卫星上开展了超导材料空间热处理试验、难混合
金及偏晶合金空间重熔凝固试验、液体-固体及液体-液体界面研究、水溶晶体空间生长等
空间材料试验。

　　 进行上述材料的加工和试验，都需要微重力环境，且试验后样品必须回收，这样的条
件只有返回式航天器可以作到。中国返回式卫星提供了这种地面难于模拟的环境条件。

　　 （3）卫星应用技术试验

　　 卫星应用技术试验包括4次CCD图像传输试验，3次微重力测量以及在1996年发射的FSW
-2上进行的GPS接收、光盘信息存放、电子信息传输接收等项应用技术试验。

　　 ·CCD图像传输试验

　　 在第4～7颗FSW-0卫星上，连续进行了4次CCD图像传输试验，获得了当时分辨率比较
高的CCD图像，为我国传输遥感进行了早期探索。

　　 ·卫星空间微重力测量试验

　　 法国马特拉公司在FSW-l上进行了1次微重力测量。我国在FSW-1和FSW-2上各进行了1
次微重力测量。星上微重力测量结果表明，星上有机械设备开机时，卫星的微重力量级为0
.1～1.4mg;卫星轨控发动机工作时则为1.15mg;姿态控制执行机构喷气时为90～300mg，星
上无机械动作时为5～50mg（1g=103mg=106mg，此处g为标准重力加速度）。测量结果为中
国返回式卫星的微重力环境提供了准确数据。

 　　 ·GPS自主定位试验

　　 第3颗FSW-2卫星在轨飞行时，进行了GPS数据注入和捕获试验。卫星测控中心组织有
关台站进行了轨道的三站                   测得的数据进行比对。试验结果说明，GPS
的定位达到了很高的精度。本次试验成功后，我国卫星轨道测量增加了一种新的方法，定
轨精度得到很大的提高。

　　 ·光盘信息存放试验

　　 在第3颗FSW-2上进行了光盘信息存放试验，设备由光盘、接口电路和电池组成。卫星
在轨飞行时，进行了光盘信息的存放，试验获得成功。

　　 ·电子信息接收试验

　　 在第3颗FSW-2上还进行了电子信息接收试验。这是返回式卫星搭载试验有史以来，上
星质量和规模最大的一次搭载试验，有效载荷设备重量达136千克。试验时在卫星星下点地
面布置信号源，卫星过顶时接收地面信号，经卫星数传和遥测再传回地面，以验证星上接
收的正确性。试验取得了圆满的成功，获得了技术上的突破性进展。

　　 ·锂电池上星试验

　　 第3颗FSW-2在进行空间砷化镓晶体生长试验的同时，还进行了锂电池上星应用试验。
梅岭化工厂研制的一块20安时锂电池是我国卫星上首次使用的锂电池。这次锂电池上星试
验获得成功，为我国后续返回式卫星大批量使用锂电池打下了一个很好的基础。

　　 ·空间辐射剂量测量试验

　　 中国科学院高能物理所和航天医学研究所以搭载的方式，在返回式卫星上进行了多次
辐射剂量测量。测量设备主要有3种：塑料核径迹探测器、核乳胶、剂量计。塑料核径迹探
测器用来测量回收舱内的重核粒子强度，核乳胶用来测量回收舱内的质子、电子和a粒子等
，剂量计用来探测X射线和g射线的剂量。多次测量结果显示，FSW卫星的回收舱内辐射剂量
不超过400毫伦琴。

　　 （4）农作物种子和微生物空间试验

　　 从1987年发射FSW-0开始，到1996年发射第3颗FSW-2为止，我国共在8颗返回式卫星上
，以无源搭载的形式进行了农作物种子和微生物样品的试验。

　　 卫星空间运行时的舱内环境，如微重力、辐射、真空等，都与地面大不一样。这些一
般来讲会在植物生态、生理和遗传等方面对植物种子产生影响，可能使植物的遗传因子产
生变异。据农学专家分析，这些变异有的是正的影响，使植物在生长、高产、抗病等方面
向优良方向发展；有的则是负的影响，使植物向劣的方向发展。空间育种就是从经过空间
飞行产生变异的种子中，选其优良，去其劣质，选育出优良品种来。 

　　 例如搭载青椒种子，返回地面后经过多年的选种、培育，获得了丰产、优质、抗病能
力强的优良品种。有的青椒每个重量达400克以上。这种青椒已在黑龙江进行较大面积的栽
培，保持了稳定的产量和优良的品质。 

　　 除种子外，还有很多微生物菌种，作为无源搭载样品在返回式卫星上进行了试验。试
验说明，有些菌种在轨飞行时生长比地面快。样品返回后用于生产抗菌素、生物酶等医药
产品，产生了明显的经济效益。

　　 农作物种子的空间试验，为培育农作物优良品种开辟了一条新的途径。目前，我国正
计划发射专门的育种卫星，将返回式卫星技术应用到农业领域。

　　三、回顾与展望

　　 返回式卫星遥感为中国航天遥感事业首开先河。在中国传输式遥感卫星未投入使用之
前的20多年里，利用国内卫星获取的遥感资料都是来自返回式卫星。当时不到两年就进行
一次返回式卫星发射，返回式卫星技术也得到不断发展，无论是有效载荷、控制、热控、
测控、回收技术都不断提高。尤其是新一代返回式卫星FSW-2的投入使用，使返回式卫星遥
感技术水平迈上了一个新台阶。它的成果被应用到国民经济、国防建设的各个领域，创造
了很好的经济效益和社会效益。返回式卫星技术的成功，也为中国载人航天技术打下了一
个良好的基础。

　　 我国返回式卫星在完成遥感主任务的同时，还进行了大量的搭载科学试验，充分体现
了"一星多用，多方收效"的总体设计思想。利用卫星的有效资源和飞行试验机会，我国还
进行了可回收和不回收的各种科学试验，取得了一个又一个试验成果，获得了国内外广大
用户的高度评价。例如 FSW-2的第3颗星，其搭载的有效载荷重达264.9千克，与遥感主任
务的有效载荷几乎相当，相当于多发射了一颗试验技术卫星，所获得的经济效益和社会效
益也是非常明显的。随着中国空间事业的不断发展，返回式卫星将作为航天领域一名新的
尖兵，进一步发挥它的作用。回收型高分辨率的航天遥感技术，在我国今后一个比较长的
时间内仍将占有一席之地。空间生命科学、空间材料加工、空间应用技术试验等，都给返
回式卫星展现了一片广阔的前景。□


中国航天2001年第4期
http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht97-b.htm
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