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2008年6月20日,美国航宇局、法国国家空间研究中心、欧洲气象卫星组织及美国国家海洋和大气局4家机构的合作项目贾森-2海洋卫星,由德尔它-2火箭从范登堡空军基地发射升空。贾森-2卫星将执行继“托佩克斯/海神”(1992年~2005年)卫星和贾森-1卫星(2001年至今)之后的新一代海洋测高任务。
四大卫星联手
贾森-2卫星携带了新一代仪器,包括法国国家空间研究中心提供的海神-3多频雷达高度计(测量海平面高度),美国航宇局提供的的先进微波辐射计(从测高学的角度揭示水蒸汽的影响)。贾森-2卫星测量精度为3.3厘米,与贾森-1的相同,从而有助于科学家理解海洋环流及它对全球气候的影响。另外贾森-2卫星将与其他卫星,如测量地球质量分布的“重力恢复和气候试验”卫星、测量近洋面风的“海风测量快速散射仪”卫星及测量洋面盐分的“宝瓶座”卫星(将于2009年发射),对地球系统研究做出重要贡献。
贾森-2卫星采用法国“普罗秋斯”低轨道卫星平台,高约3米,发射质量为510千克,功率为580瓦,设计寿命为5年。贾森-2卫星运行在圆形非太阳同步轨道上,轨道高度为1336千米,轨道倾角为66.039°,偏心率为0.000095。卫星在轨道上的飞行速度是7.2千米/秒,每112分钟绕地球飞行一圈。贾森-2每10天完成一次对全球洋面高度的测量,覆盖范围从北纬66度到南纬66度,能把全球的未结冰海洋区域都包括在内,从而确定海洋环流、气候变化及海平面上升情况。
五大科学目标
海洋在地球天气和气候变化中扮演着重要角色。海洋能够使地球空气变热或变冷、潮湿或干燥,并影响风速和风向。在过去50年,海洋吸收了全球80%的热量,如果没有海洋,全球气候会变得比目前更加炎热。通过对海洋动力学的研究,人类能够更清楚地了解海洋对天气和气候的影响及其对人类的影响,另外,还能了解人类自身的活动是如何影响海洋的,以及如何保护海洋这一宝贵的地球资源。
贾森-2卫星的科学目标包括:
(1)实施近实时高精度海洋测高,从而合成海洋预报模型(海洋学业务);
(2)继续“托佩克斯/海神”和贾森-1卫星的测量任务,获取长期科学数据,从而研究海洋长期变化,尤其是十年间变化;
(3)测量全球海洋平面变化,并增加海洋环流的知识;
(4)获取近海岸、湖泊及河流的高质量数据,改进海岸海潮模型;
(5)应用于海洋研究、气候研究、季节预报、风速和波高测量、实时天气预报模型、气候学长期研究和模型改进等领域,并结合大地测量卫星了解更多的地球知识,等等。
八种有效载荷
贾森-2卫星一共携带了8种仪器,分别是:海神-3高度计、先进微波辐射计、3种定位系统及搭载的3种实验仪器。在这些仪器中,前5种仪器都有完整的冗余,并且寿命期至少3年。
海神-3高度计
海神-3高度计是该任务的主要仪器,测量海平面、波浪高度及风速,由贾森-1卫星上的海神-2高度计改进而来。它具有紧凑、低功耗、小质量、可靠性高等优点。它是一台雷达高度计,功率仅为7瓦,在2个频率(13.575GHz和5.3GHz)上发射脉冲(第2个频率用于确定大气中的电子含量),然后由其配套的1.2米直径天线接收洋面反射的回程信号,在对回程信号进行分析之后,通过修正后的信号往返时间能精确地计算出卫星与海面某一点之间的距离。该仪器还将与多普勒轨道制图和无线电定位仪相结合,更好地测量海岸、内陆水域和冰。
先进微波辐射计
先进微波辐射计是贾森-1卫星上微波辐射计的改进型,在3个频率(18.7GHz、23.8GHz和34GHz)上测量海洋辐射,主频率23.8GHz被用于测量水蒸汽;34GHz通道提供带雨云层的信息;18.7GHz通道对洋面的风力变化很敏感。综合每个频率获得的测量数据,能够提取水蒸汽和液态水含量信息,使人类能确定大气中的水是如何影响雷达信号传播的,还能够直接用于研究包括降雨在内的其他天气现象。
3种定位系统
贾森-2卫星上的有激光反射镜天线、多普勒轨道制图和无线电定位仪以及全球定位系统三种定位系统,这些定位系统相互补充,以精确测量卫星的在轨位置。
激光反射镜天线反射由地面发出的激光脉冲,通过分析激光束的往返时间,确定卫星的在轨位置。该系统有很高的精度,能精确到几厘米,但它要求地面站进行复杂操作,并且受到不利天气状况的限制。因此激光反射镜天线被用于校正其他两种定位系统,从而使卫星轨道尽可能的准确。
多普勒轨道制图和无线电定位仪将提供实时定位和精确轨道确定信息。该系统利用遍布全球的60个轨道图示标组成的地面网络,轨道图示标在两个频率上发射信号给卫星上的一台接收机,卫星的相对运动在信号频率上产生移位(即多普勒频移),通过测量这种频移,从而计算出卫星的速度。这些数据然后形成轨道确定模型,从而保证卫星在轨精确位置的持久性跟踪。该仪器的测量数据还用于地球物理学研究,并能确定大气中的电子含量。
全球定位系统有效载荷接收来自16颗GPS卫星连续并同时发出的双频导航信号,利用这些信息获得约1毫米精度的相位测量数据和10厘米精度的伪距测量数据,然后将数据整合为轨道确定模型,持续跟踪卫星的轨迹。
地面分工明确
贾森-2卫星地面段是一个分散的系统,分别设在美国航宇局、法国国家空间研究中心、欧洲气象卫星组织及美国国家海洋和大气局,各任务中心的职责如下:
(1)海神-3高度计、多普勒轨道制图和无线电定位仪及先进微波辐射计的原始数据由设在欧洲气象卫星组织及美国国家海洋和大气局的中心负责处理,产生实时测高数据;
(2)海神-3高度计和先进微波辐射计的原始数据由设在法国国家空间研究中心的任务中心处理,产生延时测高数据;
(3)初始轨道和精确轨道数据产品由法国国家空间研究中心提供,用于精确轨道确定,并由全球定位系统有效载荷和激光反射镜天线进行补充;
(4)所有的贾森-2卫星产品由法国国家空间研究中心与美国国家海洋和大气局进行归档和分发;
(5)由法国国家空间研究中心产生的增值产品都由该中心自己进行归档和分发。