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发信人: dxmxqe (婴儿), 信区: Aero
标  题: 风云二号总师谈风云二号
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Jun  9 13:41:04 2004), 站内

李 卿

　　2000年6月25日19点50分，长征三号火箭载着风云二号B卫星呼啸升空，开始了
她的万里征程。经过23分44秒的飞行，卫星与火箭准确分离，接着卫星起旋、启动
主动章动控制。在对卫星进行多次工况管理、加旋和姿态调整后，于6月26日12点
04分，远地点发动机准时点火，把卫星送入预定的准同步轨道。点火结束后，卫星
与远地点发动机分离。经过8天的漂移和姿态轨控，7月3日21点29分卫星准确定点
于东经105°赤道上空。在西安卫星测控中心的控制下，卫星转速提高到100转/分
，启动天线消旋，使天线固定指向地球，并打开星上有效载荷。国家卫星气象中心
的指令与数据接收站(CDAS)顺利实现了对卫星的业务测控管理，开始对卫星的在轨
测试。

　　一、风云二号卫星的研制历程

　　我国地处亚洲东部，气候与地理环境复杂，自然灾害频繁发生，每年要给人民
生命财产和国民经济带来巨大损失，其中大气灾害占了80%。我国早在70年代就开
始利用国外气象卫星的云图资料，并取得了重大的经济和社会效益。为了改变卫星
气象信息受制于人的局面，我国把研制自己的极轨与静止气象卫星列为空间发展计
划的重要部分。80年代初期，我们开始研究论证风云二号静止气象卫星的总体方案
。在分析了国外静止气象卫星的现状和发展趋势，以及我国空间技术的基础和能力
后，决定采用自旋稳定姿态的方案，同时列出了多项我国第一次遇到的必须重点攻
关的关键技术，这些关键技术主要有：

　　1.细长体自旋卫星的主动章动控制技术；
　　2.高精度、高稳定度姿态控制技术及星载动平衡机构调整技术；
　　3.卫星与远地点固体发动机在准同步轨道上的分离技术；
　　4.三通道扫描辐射计总体方案及相关技术：
　　(1)F 410mm口径光学主镜的轻量化技术；
　　(2)高探测率的碲镉汞红外器件；
　　(3)大致冷量旋转抛物面辐射致冷技术；
　　(4)地面红外定标技术及相应设备的研制；
　　5.多功能S频段数传与云图 转发器；
　　6.星上图像获取与传输技术；
　　7.光学遥感卫星的防污染技术；
　　8.双通道UHF/S频段数据收集转发技术；
　　9.轻型天线及三通道微波旋转关节；
　　10.卫星电源系统的全母线调节技术。

　　在方案研制阶段，这些关键技术都获得了突破性的进展，为以后的型号研制打
下了坚实的基矗1986年风云二号卫星转入型号研制，并确定风云二号的研制目标是
相当于90年代中期使用的国外同类静止气象卫星的技术水平。

　　1997年6月10日风云二号A星发射成功，上述我国第一次尝试的各项空间技术都
获得了圆满成功。经过在轨测试，其性能指标均达到或优于任务书的要求，总体性
能达到了90年代初期国外同类卫星的水平。卫星运行十个月后，因天线消旋系统的
故障不能长期连续运行，而采取了间断运行工作方式。A星至今已工作超过三年，
星上各系统仍为主份工作，三种云图质量良好。在三年未进行加热去污的情况下，
红外和水汽信号未发生衰减。

　　在总结A星在轨运行的基础上，对运行中星上出现的技术问题作了大量的地面
试验和分析、复查、复核工作，并对卫星作了四十多处技术状态的改进。通过近期
对B星的在轨测试，其性能指标比A星有了进一步的提高。

　　二、风云二号静止气象卫星的主要任务与工作原理

　　1.卫星的主要任务

　　(1)获取白天可见光云图分布，昼夜红外云图及水汽分布图；
　　(2)收集和转发卫星覆盖区内气象、海洋、水文等数据收集平台发送的环境监
测资料；
　　(3)实时转发高分辨率数字展宽云图、广播WEFAX云图；
　　(4)监测卫星所在轨道的空间环境数据，提供卫星工程和空间科学研究应用。


　　卫星定点于东经105°赤道上空,其有效观测范围为东经45°～165°，南北纬
60°。在风云二号的云图覆盖区域内，每一小时的准点开始可以接收到风云二号转
发的实时展宽云图。

 　　2.卫星的组成及工作原理

　　风云二号由11个分系统组成，它们是：结构分系统、热控分系统、电源分系统
、控制分系统、肼推分系统、测控分系统、远地点发动机、探测分系统、数传与云
图广播转发器、数据收集转发器、天线分系统。

　　为了完成卫星业主的任务要求，星上有效载荷由以下四部分组成：

　　(1)探测分系统（含三通道扫描辐射计和空间环境监测器）
　　辐射计由光学、电子线路、精太阳敏感器、扫描同步器、望远镜筒扫描机构和
辐射致冷器等组成。其任务是用来获取地表、海洋和云层的可见光、红外信息。环
境监测器由粒子、X射线监测器组成，用于监测卫星周围环境数据。
　　(2)数传与云图广播转发器
　　该转发器将辐射计获取的遥感信息发送到地面中心站，同时用来广播转发各种
云图、天气图，业主还通过它来对卫星进行三点测距和业务测控管理。
　　(3)数据收集转发器
　　数据收集是风云二号卫星的又一项重要功能。该转发器可实时将覆盖区内地面
数据收集平台采集的环境监测数据转发给地面中心站。
　　(4)天线分系统
　　星上有S、UHF和C频段三 种天线，分别用于接收、发送这三个频段的信号。其
中三通道旋转关节用于连接卫星自旋体和消旋天线之间的微波信号。

　　风云二号采用自旋稳定姿态的方案。卫星本体为圆柱体，高1.6m，直径为2.
1m，壳体外部敷贴太阳能电池片。柱体中间的环形仪器安装板上、下两个面都装有
各种仪器。扫描辐射计的光学主框架安装在仪器板中间的法兰上。辐射计直径为
410mm的光学主镜通过在上太阳壳的椭圆孔接收来自地球的辐射能量。辐射计的辐
射致冷器在主框架下面。卫星通过主承力筒与固体远地点发动机对接。卫星上部的
天线支撑筒上法兰装有消旋组件和三通道旋转关节，并与天线连接。卫星发射时的
总高度达4.38m，重量为1371kg(下图为卫星的结构剖面图)。在星箭分离后，卫星
起旋，此时卫星的纵横惯量比小于1，处于不稳定状态。卫星因液体燃料晃动等因
素产生的干扰力矩，使卫星发生章动，并不断发散，若不能有效控制会导致星体平
旋，造成发射失败。卫星通过星上自主章动控制使章动角收敛。远地点发动机在第
二个远地点时点火，使卫星进入准同步轨道，点火结束后，由地面控制，远地点发
动机与卫星分离，卫星的总高度降到3.08m，纵横惯量比增大到1.16，卫星的姿态
处于稳定状态。为了保证图像的质量，要求像素的配准精度小于十分之一个可见光
像素，这就要使卫星姿态的短期稳定度高达0.0002°，为此在卫星上配有两套液体
被动章动阻尼器，用来阻尼因辐射计快速回扫产生的章动。星上还装有两套动平衡
调整机构，以调整因肼燃料消耗引起动不平衡量增大而产生的卫星摇摆角。

　　风云二号卫星的主要功能是获取高质量的云图。对于自旋稳定的静止气象卫星
，其成像过程是很复杂的，需由星、地联合才能得到一幅可用的原始云图。星载扫
描辐射计随卫星以100转/分的速度旋转，实现对地球自西向东的扫描。在600ms的
自旋周期中，扫过地球的时间仅为33ms，然后望远镜筒自北向南步进140mrad，在
下一个600ms对地球扫第二行线，经过25分钟，获得一幅东西、南北均为20°的地
球圆盘图。其中红外、水汽图为2500行，可见光云图为10000行。在自旋一周中，
为了准确找到地球，星上以精太阳敏感器和扫描同步器产生的太阳脉冲为基准，根
据该时刻卫星对太阳和地球的夹角(b角)，产生一系列程序脉冲控制辐射计的动作
，获取地球信息。由于星、日、地的常日视运动，星上通过扫描同步器来补偿这种
常日视运动引起的b角变化。否则经过一幅图25分钟，扫描取数的起始点将偏开6.
25°。辐射计探测器件给出的信号经模数转换和数据格式编排形成14Mb/s的数据流
，送到S频段转发器的数传通道，经四相相移键控调制后发送到业主的指令与数据
接收站(CDAS)。卫星下传的原始云图在行与行及相邻像素之间未经精确配准。
CDAS站在与星上发送的精太阳脉冲和数字太阳信号精确同步后，使每一行图像信息
重新采样，每一行起始点对准，相邻像素配准。经过处理后的每一行数据立即发送
给卫星，由转发器向卫星覆盖区进行广播。因而在卫星取完一幅地球圆盘图或区域
图的同时，地面各资料利用站几乎也实时收到一幅经过处理并加上各种文件数据的
云图。转发器在600ms的自旋周期内，40ms为数传状态，余下的560ms(卫星扫到太
空期间)为转发状态。这种数传/转发的交替控制，同样由扫描同步器来实现。风云
二号卫星根据卫星业主制定的广播节目表，定时观测和广播各种云图。

　　风云二号另一项重要任务是地面环境监测数据收集与分发。遍布卫星覆盖区内
的大量数据收集平台是一种无人值守全自动工作的环境数据监测站。它通过各种传
感器采集如气象、水文、海洋等环境参数，按时分和频分的工作方式，通过UHF频
段发送给卫星。星载UHF/S频段数据收集转发器有100个国内通道和33个国际通道，
可同时转发133个工作于不同频点的数据收集平台信号。转发器将多路信号转换到
S频段后发送给CDAS站和其它用户的分中心站。 该系统的特点是不受时间、地理环
境的限制，可以全天时、全天候、无人值守实时收集各种环境资料。因而特别适用
于我国地面通信落后的西部、边远地区和海洋浮标的数据采集，可广泛应用在气象
、水文、海洋、交通、森林、地矿、环保和灾害监测等领域。

　　三、风云二号B星主要参数及测试情况
　　1.卫星主要参数

　　(1)卫星轨道

　　卫星定点捕获后为地球同步轨道。标准轨道参数

    偏 心 率  ＜5×10-4
　　定点位置  东经105°
　　位置保持  南北±1 °,东西±0.5°

　(2)姿态控制

    自旋速率  100±1转/分
　　控制精度  ±0.5°
　　姿态短期稳定度  3.5微弧/0.6秒
　　姿态长期稳定度  35微弧/30分


　(3)三通道扫描辐射计(见表)

三通道扫描辐射计的参数 

探测通道               可见光             红外          水汽 

光谱特性(mm)        0.55～1.05           10.5～12.5      6.3～7.6 

探测器              硅光二极管             碲镉汞       碲镉汞 

星下点分辨率(km)     1.25～1.44             5.0～5.76     5.0～5.76 

圆盘图扫描行数         10000                2500          2500 

动态范围           反照率0～95%          180～330K     190～290K 

信噪比S/N和噪声  S/N≥6.5 反照率2.5%    ≤0.3K(300K时) ≤0.4K(260K时) 
等温差(NE△T)     S/N≥43 反照率95%

辐射致冷器工作温度(K)     95K和100K 

观测方式   正常观测 20°×20°圆盘图
           机动观测 区域图、单线扫描 

  　　(4)数据与云图广播转发器

    数据传输   EIRP　　    57±1dBm
           　　传输速率　　14Mb/s
           　　下行频率    1681.6MHz

　　转发性能   G/T     　　－15.1dB/K
           　  EIRP    　　57±１dBm
           　　展宽云图
           　　下行频率    1687.5MHz
           　　WEFAX
           　　下行频率    1699.0MHz
 
　　(5)数据收集转发器

    国内通道  100个
　　国际通道  33个
　　通道带宽  3kHz
　　G/T   　　-18.0dB/K
　　EIRP  　　≤20dBm
　　码速率　　100b/s
　　工作频率  国内通道上行  401.1～401.4MHz
          　　国际通道上行  402.0～402.1MHz
          　　国内通道下行  1709.0～1709.3MHz
          　　国际通道下行  1709.9～1710.0MHz

　　平台上行  EIRP          43～46dBm

 
　　(6)空间环境监测器
    太阳X射线监测器  
　　  软X射线　　4～20keV
  　　硬X射线　　20～100keV
    粒子监测器
　  　外辐射带电子  ≥1.4MeV
　  　外辐射带质子  ≥1.1MeV
　  　太阳爆发质子能谱  P1 3.5～26MeV
　 　                   P2 10～26MeV
　 　                   P3 26～300MeV
　　同位素及成分
　　(3He、P、a)     　　4～26MeV/n

　　2.在轨测试情况

　　风云二号B星自7月4日开始进行在轨测试，至今已经对卫星的业务测控通道、
数据通道、转发通道、数据收集转发器、扫描辐射计可见光、红外、水汽图像的获
取和空间环境监测器完成了测试。从测试结果看，卫星工作正常稳定，各无线信道
的实测值均优于任务指标要求。辐射计在7月6日获取可见光云图后，辐射致冷器经
过加热去污，抛去辐冷去污罩和放气后，自然冷却到100K以下，于7月20日开始获
取红外云图和水汽云图。三种图像质量良好，清晰度高，灰度和层次丰富。待进一
步对图像配准、调整后进行定量分析。空间环境监测器已经监测到五次太阳耀斑爆
发事件，并作出了质子事件和地磁暴警报，特别是7月14日18点20分左右开始，太
阳爆发了本次太阳活动周至今最大的太阳耀斑，达到X6级。中科院空间中心迅速向
各有关单位和新闻媒体发出了警报，并监测了事件的全过程。

　　国家卫星气象中心和卫星研制人员正加紧对卫星的测试和地面应用系统进行调
整。卫星在完成测试后，经三个月的试运行，将正式投入气象业务运行。

　　四、结束语

　　风云二号B静止气象卫星由中国航天科技集团公司上海航天技术研究院负责总
体设计和研制抓总，由中国空间技术研究院、第四研究院、中科院上海技术物理研
究所、空间中心、信息产业部18所等单位参加共同研制成功的，这是一颗完全依靠
我国自己的力量，自力更生研制的卫星。

　　风云二号B星的发射使用，可连续对我国及其观测范围内的广大地区的天气变
化进行实时监测，将极大地提高对影响我国的各种尺度天气系统的监测能力，特别
是生命史短的对流性灾害天气的监测能力。它所获取的云图资料填补了我国西部、
西亚和印度洋上的大范围资料空白，对天气预报有十分重要的意义，并能为西部大
开发提供重要服务。□

中国航天2000年第8期
http://www.space.cetin.net.cn/docs/ht97-b.htm


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