空间物理探测卫星

浏览

空间物理探测卫星(space physics exploration satellite):用于空间物理环境探测和研究的人造地球卫星。空间物理探测卫星部署在几百千米或更高的轨道上,直接探测地球大气层外的空间物理现象和过程,研究中性粒子、高能带电粒子、固体颗粒、低频电磁波、等离子体波、磁场、电场、微流星体等,获得大量的定量数据,成为空间物理探测的主要手段,促进空间物理学发展成为一门独立的分支学科。

传统的空间物理探测是在地面上利用各种探测仪器进行的,只能定性地了解空间物理环境,不能定量地描绘空间的物理状况并研究各物理量之间的关系,再加上大气层的影响,地面探测有很大的局限性。空间物理探测卫星在离开地面几百公里或更高的轨道上长期运行,卫星所载的仪器不受大气层的影响,可直接对空间环境进行探测,因而成为空间物理探测的主要手段。空间物理探测卫星所获得的大量观测结果,已促使空间物理学迅速发展成为一门独立的学科。

早期的空间物理探测卫星比较简单,重量不大,往往进行单项或有限几项空间物理探测。后来探测区域逐步扩大,从单个卫星孤立探测,发展到多个卫星联合探测。几颗卫星在预定的轨道上运行,能同时在各个不同区域进行测量。卫星上有一种或多种探测仪器。主要的探测对象是中性粒子、高能带电粒子、磁场、微流星体、电离层和等离子体等。

人造地球卫星出现以后,为空间物理探测提供了崭新的工具,因为卫星可以被发射到不同的轨道高度,不受低层大气的影响,在太空对空间的各种粒子进行直接的研究和探测。卫星可以对它们进行定量的描述,进而对空间物理过程的规律进行分析;了解空间物理状态的形成和变化的原因,进一步了解和掌握它们的各种现象,为防护和利用它们提供准确的资料。

轨道

空间物理探测要求探测仪器直接到达广阔空间的各点,以便获得尽可能大的探测范围。因此这类卫星的轨道倾角不固定,有极轨道也有低倾角轨道。轨道高度变化范围很大。近地点一般在几百公里,远地点可达数千、数万以至十几万公里。卫星运行寿命至少一年,以便探索空间物理环境参数随季节的变化。

结构

空间物理探测卫星使用的仪器种类较多,对安装位置、探测窗口、温度控制和仪器之间的电磁相容性等要求各不相同。有些仪器如离子探测器、磁强计,为了不受卫星的遮挡或卫星本身磁场的影响,必须安装在长杆子的一端,离开卫星一定的距离。这些都对卫星结构设计提出一些特殊的要求。

数据传输

空间物理探测卫星测量的数据量大,常常需要用大容量数据传输系统传送到地面。当卫星飞过的地区无接收站时,卫星所测数据先存贮在卫星的存贮器或计算机内,待卫星飞经接收站上空时再将数据发送下来。为了减少不必要的数据传输,卫星对测得数据进行预处理,只把最有用的数据传输下来。

主要的空间物理探测卫星系列有“探险者”号卫星系列、“轨道地球物理台”系列、“国际日地探险者”卫星系列、“宇宙”号卫星系列。中国1981年9月 20日用一枚火箭同时发射的3颗卫星,是中国的第一组空间物理探测卫星。

空间物理探测卫星由于具有飞行时间长、可实地直接探测和遥感探测等一系列优点,所以得到了很大的发展。这种卫星可以单独进行工作,但探测的范围受到限制,获取的数据范围小、连续性差。所以,目前开始采用多颗卫星联测的方法。这种方法一来可区分被测量的物理量是随时间变化的还是随空间变化的,还能判断物理量是静态的还是动态的;再者可以将不同区域的同一测量结果进行对比,研究两个地区之间的关系。