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歐洲遙感衛星

1991年开始的欧空局地球观测任务

歐洲遙感衛星（英語：European Remote Sensing Satellite，縮寫：ERS）是由歐洲太空總署研製、發射和運營的地球觀測衛星，也是歐洲太空總署的第一個地球觀測衛星任務，由ERS-1遙感衛星和ERS-2遙感衛星組成。其中，ERS-1運行於1991年7月17日至2000年3月10日，而ERS-2運行於1995年4月21日至2011年9月5日。兩顆衛星運行在基本相同的軌道上，高度約782-785千米。ERS任務的總體目標是提供陸地和海洋表面的環境監測，這些監測數據亦用於對海洋、極冰、陸地生態、地質、森林、波浪、水深、大氣物理及氣象學等方面的研究。[3][4]

歐洲遙感衛星
藝術家描繪的ERS-1想像圖
任務類型地球觀測
運營方歐洲太空總署
國際衛星標識符1991-050A（ERS-1）[1]
1995-021A（ERS-2）[2]
衛星目錄序號21574（ERS-1）
23560（ERS-2）
網站ERS
任務時長  9 年（ERS-1）
16 年（ERS-2）
太空飛行器屬性
平台SPOT MK1
發射質量2157 kg（ERS-1）
2516 kg（ERS-2）
尺寸2 m×2 m×3 m（ERS-1）
功率2000 W（ERS-1）
任務開始
發射日期1991-07-17（ERS-1）
1995-04-21（ERS-2）
運載火箭阿里亞娜 40
發射場法屬圭亞那
任務結束
停用日期1990-01-31
軌道參數
參照系地球
軌域LEO
離心率0.00000（ERS-1）
0.00161（ERS-2）
近地點774 km（ERS-1）
771 km（ERS-2）
遠地點775 km（ERS-1）
794 km（ERS-2）
傾角98.540°（ERS-1）
98.600°（ERS-2）
週期100.3 分（ERS-1）
100.0 分（ERS-2）
曆元1991-07-17（ERS-1）
1995-04-21（ERS-2）
ERS
Envisat →

ERS-1

 
展覽於巴黎科學與工業城的ERS-1模型

設備

ERS-1的總載荷重888.2千克，搭載有AMI、RA-1、ATSR-1、 LRR、PRARE等設備：[5]

  • 有源微波儀器（英語：Active Microwave Instrument，縮寫：AMI）
  • RA-1型雷達測高計（英語：Radar Altimeter，縮寫：RA）
  • ATSR-1型沿軌掃描輻射計（英語：Along-Track Scanning Radiometer，縮寫：ASTR）
  • 微波探測儀（英語：Microwave Sounder，縮寫：MS）
  • 精密測距測速儀（英語：Precise Range And Range-Rate Equipment，縮寫：PRARE）
  • 雷射逆向反射器（英語：Laser Retro-Reflector，縮寫：LRR）

有源微波儀器

有源微波儀器AMI是由法國馬特拉·馬可尼太空公司製造的雷達裝置，其內部裝配有兩個相互獨立的雷達：一個是在執行圖像模式和波模式下運作的合成孔徑雷達（SAR），另一個是用在風模式下運作散射計（WSC）。[6]在圖像模式下，SAR通過發射經相位調製的脈衝，再通過匹配濾波器壓縮回波來實現高解析度的成像。在波模式下，AMI量測的則是因海水表面波引起的雷達反射率的變化，並將測得的雷達圖像轉換為光譜，從而提供與海洋波浪系統有關的長度與方向信息。在風模式下，散射計使用三個獨立的側視天線來測量海面的風速和風向。值得注意的是，波模式可以與風模式並行運作，但圖像模式不能。[7]

雷達測高計

雷達測高計RA-1由反射器、波導饋源、三腳架及支撐結構、喇叭饋電及波導組成的脈衝雷達，工作在頻率為12-18GHz的Ku波段，方向指向天底，運行模式分為海洋模式和冰模式。通過RA-1的測量結果，可以確定出如下內容：[8]:402

任務

ERS-1的運行任務可劃分為如下任務階段：[9][10]

編號 任務 起始時間（UTC） 終止時間（UTC） 重複周期/天
A 調試階段 1991年7月25日 1991年12月10日 3
B 第一次測冰任務 1991年12月28日 1992年3月30日 3
R 側傾實驗 1992年4月4日 1992年4月13日 35
C 第一次多學科任務 1992年4月14日 1993年12月20日 35
D 第二次測冰任務 1993年12月23日 1994年4月10日 3
E 第一次大地測量任務 1994年4月10日 1994年9月26日 168
F 第二次大地測量任務 1994年9月28日 1995年3月21日 168
G 第二次多學科任務、串聯飛行任務 1995年3月21日 1996年6月5日 35

不同任務周期的軌道參數如下：

階段編號 任務類型 重複周期/天 偏心率 傾角/° 升交點經度/° 半長軸/m 交點周期/s 平近點角/° 近地點輻角/s 每重複周期繞地圈數 總繞地圈數 參考文獻
A 調試 3 0.001165 98.5162 223.4279 7153138.10 6027.906977 270.1334 90 43 1359 [11]
B 測冰 24.3600 1359 [12]
D 72.7302 1547 [13]
C 多學科 35 98.5429 243.0078 7159495.65 6035.928143 501 8849 [14]
R 側傾 97.8581 166 [15]
G 串聯 98.5421 202.0497 7159495.96 6035.928144 1784 [16]
E 測高 168 98.4913 72.7342 7147190.68 6020.406470 2411 2444 [17]
F 299.7687 2501 [18]

側傾模式任務

ERS-1的衛星主體在進入側傾模式時，繞切向旋轉了9.5度，使合成孔徑雷達以35°的入射角進行成像。在側傾模式中，姿態控制系統的性能與航偏模式（英語：Yaw Steering Mode，縮寫：YSM）差異並不顯著，兩個模式下的角速度、諧波誤差和隨機誤差均相同，僅靜態誤差有最大約0.05度的細微差異。在滾動過程中，衛星處於精細指向模式（英語：Fine Pointing Mode，縮寫：FPM），該模式下航偏角為零，且姿態的參考線是沿垂線方向而非法線方向。

這一操作模式在使用上受到一些限制，因此只能進行一些有限的實驗活動，這些限制包括：[15]

  • 只能應用在北緯35度至北緯70度之間的區域
  • 由於以垂線而非法線為參考，雷達測高計的性能會略微下降
  • 無法使用只在航偏模式下運行的風散射計

大地測量任務

ERS-1在1994年4月10日至1995年3月21日執行大地測量任務，分兩個階段（E與F）完成。在執行該任務期間，衛星以168天的重複周期繞地運行。F階段相較於E階段，軌道平移了8千米，以獲得更密集的格網數據。[10]該任務的首要目標是為用戶提供全球性的、連續的RA測高數據，因而ERS-1所執行的大地測量任務基本上也可被當作是雷達測高任務。該任務的次要目標則是對海洋和冰區實現至少一次的完全覆蓋，但這需要執行兩個循環周期才有可能進行。在執行大地測量任務期間，合成孔徑雷達與散射計在名義上繼續運作，但在出現意外時則會優先考慮測高計的恢復。[19]

結局

2000年3月10日，ERS-1的姿態控制系統因陀螺儀故障而失效，其任務正式宣告結束。[20]

ERS-2

 
展覽於土魯斯太空城的ERS-2模型

1989年，歐洲太空總署決定發射一顆新的ERS衛星，以在ERS-1結束壽命後接替ERS任務。ERS-2的結構大體上與ERS-1一致，但攜帶的設備較ERS-1有了一系列的改進。此外，ERS-2還攜帶了新的設備GOME，對大氣的化學成分（尤其是臭氧成分）進行測量。[21]ERS-2任務自1995年開始，在軌運行16年，期間曾與ERS-1和ENVISAT共同執行串聯飛行任務。[22]

設備

ERS-2攜帶的設備大致與ERS-1相同，但新增了用於臭氧監測的GOME，並將原搭載在ERS-1上的ATSR-1更新為了ATSR-2：[22]

  • 全球臭氧監測實驗設備（英語：Global Ozone Monitoring Experiment，縮寫：GOME）
  • ATSR-2型沿軌掃描輻射計

全球臭氧監測實驗設備

全球臭氧監測實驗設備GOME是一種橫向掃描的光學雙光譜儀，觀測方向指向天底。其設計的目標是觀察地球表面與地球大氣所反射或散射的向上太陽輻射，其測得的光譜包含有物體的吸收特徵，從中可以得出與臭氧和其他大氣成分有關的定量信息。GOME的光譜範圍為240－790納米，光譜解析度在紫外波段（UV）為0.2納米，而在可見-近紅外波段（VNIR）為0.4納米。其分光過程分為兩步：首先使用石英稜鏡進行預分光處理，將光分散到四個不同的通道中；其次，每個通道內部都配有一個1024像素的線性二極體陣列檢測器，以將光信號轉化為電信號處理。[23][24]:407

任務

ERS-2隻執行多學科任務，類似ERS-1的任務階段G和C。[9][10]

結局

2024年2月，歐洲太空總署報告ERS-2預計將以不受控制的方式重新進入大氣層，時間為2024年2月16日至2月22日之間的某個時間。2月21日17時17分UTC，該衛星脫離軌道，於阿拉斯加和夏威夷州的太平洋海域上空解體墜入大氣層燃燒殆盡。[25][26]

參考文獻

  1. ^ NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2012-10-24）. 
  2. ^ NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2012-10-23）. 
  3. ^ ERS Mission Summary - ESA Earth Observation Missions - Earth Online - ESA. earth.esa.int. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  4. ^ ERS-1 - eoPortal Directory - Satellite Missions. directory.eoportal.org. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  5. ^ ERS-1 - eoPortal Directory - Satellite Missions. eoportal.org. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  6. ^ Attema, E.P.W. The Active Microwave Instrument on-board the ERS-1 satellite. Proceedings of the IEEE. 1991-06, 79 (6): 791–799 [2020-04-21]. ISSN 1558-2256. doi:10.1109/5.90158. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  7. ^ ERS User Handbook - Document Library - Earth Online - ESA. earth.esa.int. [2020-04-21] （英語）. 
  8. ^ Kramer, Herbert J. Observation of the Earth and Its Environment: Survey of Missions and Sensors. Springer. 2019-01-30 [2020-04-21]. ISBN 978-3-642-56294-5. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  9. ^ 9.0 9.1 ERS-1 and ERS-2 Mission Phases. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2017-06-02） （英語）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 ERS-1 and ERS-2 mission phase summary. earth.esa.int. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  11. ^ ERS-1 Mission Phase A. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2016-07-14） （英語）. 
  12. ^ ERS-1 Mission Phase B. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  13. ^ ERS-1 Mission Phase D. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  14. ^ ERS-1 Mission Phase C. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  15. ^ 15.0 15.1 ERS-1 Experimental Roll Tilt Mode Campaign. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  16. ^ ERS-1 Mission Phase G. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2017-06-02） （英語）. 
  17. ^ ERS-1 Mission Phase E. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2007-08-10） （英語）. 
  18. ^ ERS-1 Mission Phase F. www.deos.tudelft.nl. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2007-08-04） （英語）. 
  19. ^ Geodetic Phase. earth.esa.int. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  20. ^ ERS-1 (European Remote-Sensing Satellite-1). eoPortal. ESA. 2012 [31 December 2022]. （原始內容存檔於2024-02-17）. 
  21. ^ ERS-2 (1995 - 2011). earth.esa.int. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  22. ^ 22.0 22.1 ERS-2 - eoPortal Directory - Satellite Missions. eoportal.org. [2020-04-21]. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  23. ^ The GOME Spectrometer. www.iup.uni-bremen.de. [2020-04-24]. （原始內容存檔於2017-12-26） （英語）. 
  24. ^ Kramer, Herbert J. Observation of the Earth and Its Environment: Survey of Missions and Sensors. Springer. 2019-01-30 [2020-04-24]. ISBN 978-3-642-56294-5. （原始內容存檔於2020-05-03） （英語）. 
  25. ^ Out-of-control ERS-2 satellite falls to Earth - live updates. The Independent. 2024-02-22 [2024-02-22]. （原始內容存檔於2024-04-06） （英語）. 
  26. ^ Old European satellite plunges harmlessly through the atmosphere over the Pacific. AP News. 2024-02-21 [2024-02-22]. （原始內容存檔於2024-03-24） （英語）. 

外部連結

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