风云四号卫星的特殊载荷:低调、奢华、有内涵

作者: 张鑫

来源: 科学大院

发布日期: 2016-12-20

风云四号卫星的空间环境监测仪器包是一个特殊载荷,负责监测空间天气,具有粒子探测、磁场探测和效应探测三大功能。它由中国科学院国家空间科学中心研制,已在多个重大航天工程中得到应用。

风云四号卫星装载了四个载荷,分别是:多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器包。这四兄弟当中,有个特殊的,那就是空间环境监测仪器包,为什么说它特殊呢?因为前三个兄弟站在卫星上朝着地球,唯独这个小兄弟偏偏背对着地球,朝着深邃的太空(作45度仰望星空状)……

这载荷为何如此特立独行?

说到空间环境监测仪器包的与众不同之处,首先得从它的职责说起:它负责监测空间天气……在地球上,大气层以内每天都会有风雨雷电等天气变化;而在大气层以外,其实也有类似的“天气变化”,看似空无的太空,里面飞行着高能粒子、低能粒子,并且在地球周围分布着磁场。

我们可以把高能粒子想象成太空里的雨滴,它会打在卫星、飞船等飞行器上,如果这种“雨滴”能量增强,变成了“太空冰雹”,它就会穿过飞行器外壳,打在内部电路上,造成各种故障甚至直接报废卫星。那低能粒子肯定没这么大威力了,它又会有啥影响?

低能粒子虽然能量不高,但是数量多啊,我们可以把大量低能粒子存在的空间想象成“湿度很高”的地区,卫星进入低能粒子密集的地区,就好像人进入到湿度很大的环境里,身体表面就会变得潮湿,同样道理卫星表面也会变得不那么“舒服”,导致表面带电,电压可达到成百上千伏。那么为什么又要探测磁场呢?因为磁场会导致带电粒子的偏转,只有知道磁场分布,我们才能够知道带电粒子“从哪里来,往哪里去”。

空间环境监测仪器包由三台高能粒子探测器,充电电位探测器,磁强计,辐照剂量仪和环境远置单元组成,可以实现粒子探测、磁场探测和效应探测三大功能。别看它能实现这么多功能,其实总重量才三十多公斤,是风云四号卫星四台载荷中重量最小的。相对于卫星上另外三台“高端、大气、上档次”的载荷,空间环境监测仪器包绝对是“低调、奢华、有内涵”啊。

在中国气象局里,有一个叫做“国家空间天气监测预警中心”的机构,他们通过分析空间环境里粒子、磁场等等各种数据,对空间天气作出预报和预警。既然它属于中国气象局,那么空间环境监测仪器就装在气象卫星上喽。

既然由科学大院(ID:kexuedayuan)来安利,不言而喻,它们自然是来自中国科学院喽,空间环境监测仪器包里的这些仪器都是由中国科学院国家空间科学中心的空间环境探测室主导完成。国家空间科学中心汇聚了国内一批优秀的物理和技术人员,通过研制各种各样的探测仪器,为卫星的出行“守护冷暖”。

从风云二号开始,空间环境监测仪器就安装在了气象卫星上,只不过根据轨道不同、需求不同,空间环境监测仪器的配置、技术指标也不同。除了气象卫星,在载人航天、嫦娥探月、火星探测等等重大航天工程中,均有中科院空间中心研制的空间环境监测仪器。它们的名称虽然相似,但是仪器指标可是大不一样,因为不同的航天器,飞行轨道不同,空间环境探测要素的能量及通量也不同,相应的仪器设计的探测范围、方向就不一样。

因此,空间环境监测仪器在设计前,需要根据卫星轨道进行仿真分析,确定设计输入条件,这样才能满足任务需求。

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