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卫星|两多三高一复杂，这颗E星不简单

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 专家顾问：中国航天科技集团有限公司第八研究院高级工程师、风云三号E星副总指挥 缪鹏飞
 采访人：中国气象报采访人员 张艺博 李慧
风云三号E星作为全球首款晨昏轨道气象业务卫星 ， 由于运行轨道、载荷配置等多项使用要求变化 ， 其技术再度升级、研发难度进一步增加 。
中国航天科技集团有限公司第八研究院（简称八院）高级工程师、风云三号E星副总指挥缪鹏飞将风云三号E星（以下简称E星）技术特点和难点概括为“两多三高一复杂” ， 即有效载荷多、活动部件多、定量化要求高、防污染要求高、寿命要求高、电磁兼容复杂 。 研发团队层层破难题打通关 ， 终于让风云三号E星顺利通过出厂验收 。
1、有效载荷多
E星共配置有11台（套）有效载荷 ， 是目前国内载荷数量和种类最多的卫星 ， 具有大气温湿度垂直探测、高精度海面风场精确探测、高灵敏全球微光探测、全能谱太阳观测、空间环境监测等多项能力 ， 真正实现“一星多能” 。 要整合如此多不同功能的遥感仪器 ， 并在一颗卫星上协同、稳定、高效工作 ， 对整星的布局、视场、热控、动力学、电磁兼容等设计都是挑战 。
E星载荷种类多 ， 各载荷在轨工作模式多达41种 ， 不同载荷地面测试验证的工作要求也各不相同 。 例如 ， 红外高光谱大气探测仪的干涉仪工作时须为水平放置状态；风场测量雷达对外电磁辐射能量大 ， 整星电测试须放置在电磁屏蔽屋内；太阳辐照度光谱仪、太阳X-EUV成像仪的二维转台须在水平放置状态下进行转台测试……这使E星地面测试周期长、设备多、工作复杂 。
2、活动部件多
E星活动部件多达49种、64台(套） ， 数量及种类均为风云三号系列星之最 ， 这带来两方面的研制困难 。
其一是活动部件的设计和过程控制难度大 。 E星活动部件种类多 ， 在轨工作周期长 ， 最高转动圈数达10的10次方转 ， 机械系统、润滑系统、环境适应性、制造过程要求高 ， 管控要素复杂 。
其二是E星活动部件运动模式多样、干扰力矩复杂、动力学设计难度大 ， 卫星姿态控制精度和稳定度要求高 。 卫星研制团队通过频谱规划、运动特性分析优化、试验验证等工作 ， 实现卫星三轴姿态稳定度优于0.002度/秒 ， 与当今欧美同类卫星JPSS-1、Metop-C控制性能相当 。
3、定量化要求高
E星遥感探测数据包含风、温、湿、压、云等气象要素和气溶胶等大气、生态环境监测所需的观测资料 。 在轨可获取空间水平分辨率250米、垂直分辨率2公里、图像定位精度优于250米、幅宽优于2600公里的对地定量遥感信息 ， 实现可见光通道优于5%、红外通道优于0.4K、微波通道优于0.8K的定标精度 。
与D星相比 ， E星探测性能大幅提升：它在国内首次实现双频双极化海面风场精确探测 ， 测风精度达到2米/秒；中分辨率光谱成像仪动态范围达到7个数量级 ， 在1/4月光辐亮度下信噪比大于11 ， 是我国最先进的定量化微光探测仪器；红外高光谱大气探测仪观测覆盖能力提升80% ， 灵敏度达到国际先进水平 ， 辐射探测精度和光谱精度为目前星载最高水平 。
这些性能的提升 ， 对系统设计、加工工艺、探测器研制等方面均提出很高要求 。
4、防污染要求高
E星上对尘粒、有机物分子和水汽等环境因素存在敏感特性的器件或组件共计59项 。 其中 ， 高光谱载荷内部狭缝宽度最小为100微米 ， 细微灰尘颗粒很可能造成光学系统失效；红外波段探测器工作温度为85开尔文 ， 有机物、水汽挥发凝结污染风险大；太阳辐照度光谱仪光栅刻线密度高达3600条/毫米 ， 污染物沉积敏感度高 。 因此 ， 卫星全周期总装测试过程环境条件需满足10万级清洁度要求 ， 并持续对高定量光学遥感仪器进行氮气保护 。
5、寿命要求高
卫星各部件都是有寿命的 ， 一旦某一部件过期 ， 故障会导致整个卫星失效 。 所以 ， 人造卫星在设计研制过程中 ， 需要分析各部件的寿命 。 对于一些寿命较短的部件 ， 可以采取备份的方法 。 另外 ， 由于生产制造可靠性的因素或空间环境的作用 ， 一些部件在达到使用寿命之前也可能提前损坏 。 这就要求在地面上提高加工制造精度 ， 并且对一些容易损坏的重要部件实行冗余备份 。
E星为全天时全天候不间断工作 ， 保证8年即7万小时工作寿命 ， 研制难度大 。
6、电磁兼容性复杂
卫星包含主动探测和被动探测的载荷 ， 为电磁兼容带来风险 。 尤其是要实现大功率主动探测雷达与-140dBm超高灵敏度被动探测载荷良好的兼容工作 ， 需要在研制初期就进行复杂细致的频谱规划和构型布局的隔离设计 。
另一方面 ， 卫星频率范围广 ， 覆盖X射线、紫外、可见、红外、微波等多个频段 ， 电磁环境复杂 。
风云系列气象卫星每颗星的使用要求都在提升 ， 载荷配置、平台技术、功能特点都有变化 ， 是典型的“小步快跑”模式 。 虽然一定程度上增加了研制难度和研制周期 ， 但是也带动和引领我国航天持续实现技术创新和突破 。
【卫星|两多三高一复杂，这颗E星不简单】来源：中国气象报社

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