男高日常 忠邦女装:空间物理知识（二）

Cluster卫星

20世纪80年代初，国际空间界开始酝酿空前规模的国际空间探测计划，结果提出由国际空间局协调组(IACG，由美国宇航局，欧空局及原苏联和日本的空间局组成)组织和协调“国际日地物理(ISTP)计划”。该计划是人造卫星发射以来的一个空间规模的国际日地空间探测计划 ，其主要科学目标是：将日地空间作为一个整体系统，在日地空间各层次发射多颗卫星，对日地系统联锁变化的物理过程进行协调地探测和研究。

　　欧空局的Cluster计划(现称为Cluster Ⅰ计划)就是在这种背景下于1985年底提出来的，IST P计划是在1992年-1996年期间正式实施的。经过十年努力，Cluster Ⅰ的四颗卫星(每颗1.2 吨)由欧空局新研制的阿丽亚娜5型火箭于1996年6月4日在欧空局的法属圭亚那发射场发射。 这是阿丽亚娜5型火箭第一次发射，由于该火箭飞行程序软件的事故，致使发射失败，历经十年研制的阿丽亚娜5型火箭和它携带的四颗Cluster卫星，顿地发生灾难性的爆炸，在高空中化为一团烟云和碎片。这一事件引起了国际空间界的震憾，对国际日地空间物理的发展造 成了严重的损失。

　　1996年6月4日Cluster Ⅰ发射失败，使欧空局的科学家和工程师们非常悲伤，但他们并未因此而消沉，反而激起了奋发图强的精神。在欧空局科学项目主任R.M.Bonnet教授的组织和领导下，开始酝酿新的Cluster计划。经过八个月的努力，终于在1997年4月4日正式通过了新的Cluster计划，称为Cluster Ⅱ计划。

　　Cluster Ⅱ和Cluster Ⅰ一样，包括四颗相同的卫星，构成地球空间星座探测计划。Cluste r Ⅱ的轨道是：近地点是4RE(这里RE为球半径，RE=6371.2公里)远地点是19.6RE， 倾角是90°。每颗卫星重1.2吨，各载有11项探测仪器。直至Cluster Ⅱ发射成功之前，在空间的局部区域都是单颗卫星进行探测，只有计划是姊妹卫星的形式，进行两点探测，因而 不能探测地球空间环境的三维小尺度结构。Cluster Ⅱ的发展成功，开辟了地球空间探测的 新纪元。Cluster的四颗卫星，可在空间中形成四面体，而且四颗卫星之间的距离可根据科学研究的要求进行调控。这四颗卫星的组合形式，好像四个秀丽的舞伴在太空中跳舞一样， 不断改变姿势。正因如此，欧空局将这四颗卫星分别用四种舞来命名，即将它们分别称为“ Salsa”、“Samba”、“Rumba”和“Tamgo”。

　　欧空局Cluster Ⅱ计划的主要科学目标是探测和研究地球空间等离子体边界层结构和动力学 过程；主要创新是探测过去不能实现的地球空间环境三维小尺度结构及电磁场和粒子的时空 变化，解决过去不能解决的关键科学问题。现23周太阳活动峰年已经开始，Cluster Ⅱ颗卫 星的发射成功，对揭示太阳爆发事件引起地球空间灾害环境的奥秘，将起十分重要的作用。

人造卫星

环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器，人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。完整的卫星工程系统通常由人造卫星、运载器、航天器发射场、航天控制和数据采集网以及用户台(站、网)组成。人造卫星和用户台(站、网)组成卫星应用系统，如卫星通信系统、卫星导航系统和卫星空间探测系统等。1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。在50年代末到60年代初期，各国发射的人造卫星主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中期,人造卫星开始进入应用阶段,各种应用卫星先后投入使用。从70年代起，各种新型专用卫星相继出现，性能不断提高。

　　人造卫星由包含各种仪器设备的若干系统组成，这些系统可分为专用系统和保障系统两类。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，大致可分为探测仪器、遥感仪器和转发器三类。科学卫星使用各种探测仪器(如红外天文望远镜、宇宙线探测器和磁强计等)探测空间环境和观测天体；通信卫星经过通信转发器和通信天线传递各种无线电信号；对地观测卫星使用各种遥感器(如可见光照相机、侧视雷达、多光谱相机等)获取地球的各种信息。保障系统主要有结构系统、热控制系统、电源系统、无线电测控系统、姿态控制系统和轨道控制系统。有些卫星还装有计算机系统，用以处理、协调和管理各分系统的工作。返回型卫星还有返回着陆系统，它由制动火箭、降落伞和信标机组成。

人造卫星观测天体不受大气层的阻挡，它可以接收来自天体的全部电磁波辐射，实现全波段天文观测。人造卫星的飞行速度高，一天绕地球飞行几圈到十几圈，能够迅速获取地球的大量信息，这是地面勘察和航空摄影无法比拟的。人造卫星在几百公里以上高度飞行，不受领土、领空、地理和气候条件限制，视野广阔。一张地球资源卫星照片拍摄的面积达几万平方公里，在静止轨道上卫星可以“看到”百分之四十的地球表面，这对通信非常有利，可实现全球范围的信息传递和交换。人造卫星能飞越地球任何地区，特别是人迹罕至的原始森林、沙漠、深山、海洋和南北两极，并对地下矿藏、海洋资源和地层断裂带等进行观测。因此人造卫星可用于天文观测、空间物理探测、全球通信、电视广播、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量、搜索营救等方面。