[科普中国]-地球静止环境业务卫星

设备介绍

卫星外形是一个圆柱体，高2.6米，直径 1.9 米，重 294 千克，工作寿命3 年）。

卫星采用地球静止卫星轨道，位置保持精度：南北向优于1°，东西向优于 0.5°。

卫星靠自旋稳定，自旋速率为 100 转/分 。卫星携带的气象遥感器是可见光、红外自旋扫描辐射计（VISSR）。仪器的望远镜口径为0.4米，两个波段为0.55～0.75微米（可见光）和 10.5 ～12.5 微米（红外），星下点分辨率分别为0.9和9千米。它拍摄的云图一帧有1820条扫描线，每帧的扫描时间为20分钟。对连续观测4帧以上的云图进行数据处理可获得风速和风向 。

测风速的精度优于 3米/秒 ，这是地球静止轨道气象卫星的一个重要特点。

性能参数GOES卫星系统由部署在地球静止轨道的2颗卫星组成，分别为西经75°和西经135°，前者主要观测美洲和大西洋大部，后者主要观测北美和太平洋地区；两个轨位卫星联合可以观测从西经20°至东经165°的大部地区。另外，在轨备份卫星部署在西经105°。

第一代GOES卫星的前3颗由菲戈-福特公司研制，带有可见光红外自旋扫描辐射计。后5颗由体斯空间通信卫星公司研制，采用HS-371自旋稳定平台，携带了在“可见光红外自旋扫描辐射计”基础上改进的“可见光红外自旋扫描辐射计大气探测仪”，首次提供大气湿度和温度垂直探测数据。

第二代GOES卫星由劳拉空间系统公司研制，采用LS—1300平台，稳定方式从上一代的自旋稳定转变为三轴稳定，有效载荷由美国国际电话电报(ITT)公司研制。卫星星体尺寸2m×2.1m×2.3m，展开后尺寸约26.9m×5.9m × 4.9m卫星发射质量2105kg。设计寿命7年．至少提供5年运行寿命，卫星采用单太阳翼．为平衡太阳比压在单太阳翼上产生的扰动力矩的影响．任卫星一侧一根17m长的杆顶端装有一个圆锥形太阳帆，仵太阳翼翼端还带有一个微调帆。卫星寿命末期功率为1057W。

GOES卫星主要有效载荷包括：GOES成像仪、GOES探测仪、“空间环境监测仪”、“静止轨道搜索与救援载荷”、“数据采集系统”等。“空间环境监测仪”由高能粒子探测器、商能质子和粒子探测器、磁强计和太阳X射线成像仪组成。

第二代改进型GOES卫星由波音卫星系统公司建造，采用BSS-601卫星平台，三轴姿态稳定。有效载荷由美国国际电话电报公司研制。

第二代改进型GOES卫星增加了星跟踪器，显著提高了卫星指向精度。GOES成像仪和GOES探测仪基本沿用第二代卫星的设计，在GOES-14和GOES-15卫星上成像仪的13.3um热红外通道的水平分辨率从8km提高到4km。1

数据传输仪器获得的原始云图数据以28兆比特/秒的速率传送到地面，经数据处理后每3小时通过卫星用 1700 兆赫频率向各地广播一次适用的云图资料。

这颗卫星还携有数据收集系统 (DCS)，可以收集1万个地面气象站、海洋自动浮标和无人值守地区的自动气象站所获得的温度、压力、湿度等环境资料，它的工作频率是401兆赫和468兆赫。

卫星还携带有测量太阳粒子（质子、α粒子和电子）的空间环境监测器(SEM)。从此系列的第四颗卫星开始 ，携带的气象遥感器改为可见光 、红外自旋扫描辐射计的大气探测仪（VAS）。

这种仪器有1个可见光通道和12个红外通道，除能拍摄云图外，还通过15微米（CO2）波段探测大气垂直温度分布和3.7微米（H2O）波段探测不同高度的水汽含量分布 ， 从而获得大气三维结构的气象资料。探测大气垂直温度和水汽分布的星下点分辨率：晴朗地区为30千米，有云覆盖的地区为 60～100千米。

这样的分辨率已足以了解风暴的形成、发展和移动。2

军事用途灾害性天气短期警报，如旋风、水灾、风暴、雷暴和飓风等；雾、降水、雪覆盖和冰盖运动监测。

发射历史

|| ||

1

故障情况及对策GOES—1一、故障情况

1975年10月16日，地球静止环境业务卫星l(GOES—1)发射升空。1976年1月8日开始工作，1977年退出工作，由GOES—2卫星取替；为了取替模型星，又从1978年4月4日至7月13日重新启动；为了取替GES—4，从1982年11月29日至1983年6月1日又启动一次；为了取替GOES—5，在1984年8月23日到1985年2月3日第三次启动工作。

GOES—l在轨期间，成像仪器失效。

二、故障原因
GOES—l成像仪器失效的主要原因是由于编码器的白炽灯烧毁造成的。白炽灯的作用是对所产生的气象图进行编码，一般来说，编码器的灯丝采用的是钨金属材料，灯过早烧毁是因为钨本身有缺陷或者灯的密封有问题；另外，失效原因还有传动部分的润滑剂问题；一般，扫描镜传动部分使用溅射法在轴承表面蒸镀上二硫化钼润滑剂。由于润滑剂产生的沉积现象，结果造成润滑剂分布不均，润滑剂增厚的部分，电机电流增加，内部产生热。由于热效应，固定部分膨长，安装在旋转部位的编码盘变窄，打乱了扫描镜信号，进而停止工作。

三、采取对策

针对成像仪器编码器白炽灯过早烧毁问题，曾采取低编码器电压，以延长工作寿命，但收效甚微。后来又采取了以下一些措施：
(1)星上安装备份的编码器；
(2)为上延长灯丝寿命，采用铼合金材料；
(3)后续星中，安装电子编码装置以取代光学编码器；
(4)加强灯丝材料的挑选与改进灯的封装工艺。
为了解决成像系统编码灯的问题，美国耗资70万美元对GOES—6的成像系统编码灯进行了重大设计改动，大大提高了卫星的工作寿命。

GOES—4一、故障情况

1980年9月9日，地球静止环境业务卫星4(GOES—4)发射升空。1980年10月15日开始工作，1982年11月26日失效，工作寿命为2年1个月。

工星在轨期间，成像仪器失效；可见光/红外自旋扫描辐射计大气探测器(VAS)前后22次停上工作；卫星在工作期间发生过太阳电池阵输出功率突然下降的故障。

二、故障原因

成像仪器失效的主要原因是由于电源中的印刷线路板出现开路故障造成的；可见光/红外自旋扫描辐射计大气探测器(VAS)22次停止工作是由于静电放电现象造成的；太阳电池阵输出功率突然下降是由于空间粒子辐射环境的影响造成的。太阳电池阵的电池片尽管有覆盖层保护，但是由于粒子辐射剂量超过了设计时的预测值，结果会造成不同程度的损伤，从而使得输出功率下降。

二、采取对策

针对卫星静电故障采取了以下一些措施：

(1)星体外表面所有装置进行屏蔽，尽管如此，为作到万无一失，还要在指令和其他敏感电中采用备份逻辑；

(2)采用卫星带电主动控制技术，即通过向空间辐射卫星电位以平衡输入环境通量，来达到控制卫星电位的目的；

(3)采取卫星均匀电荷分布技术方案，这种技术就是利用导线或其它导电栅将星体电介质表面分解成一小块、一小块的电介质矩阵。每小块电介质由接地平面耦合起来。这样一来，大大地减少了表面积，缩短了从任一点电介质到结构地的距离，从而降低了单独放电的强度。另外，还应加强卫星部件接地技术的设计工作；

(4)采用新型抗静电热控涂层材料，以降低电荷的积累。

防止太阳电池阵输出功率下降主要是要提高太阳电池阵的抗空间粒子辐射的能力。途径有以下两个方面：

(1)进行发射卫星实地探测粒子辐射环境。为选择高性能电池盖片材料和高效太阳电池材料提供必要的佐证；

(2)采用激光速扫描恢复受辐射损伤的太阳电池性能。3

未来发展

GOES-3退役后进入墓地轨道，远离其它地球静止环境业务卫星。2010年以后，GOES N系列将取代第3代GOES。GOES N系列卫星有效载荷设计要求如下：

（1）可见光/红外成像仪。其主成像仪主要用于区域扫描，有10个通道，可见光分辨率为0.5-1km，红外分辨率为2-4km;辅助成像仪为地球全圆盘图扫描，同时作为备份成像仪。

（2）红外垂直探测器。它有较高垂直分辨率，温度的精度为1~1.5K,相对湿度的精度为15%。

（3）空间环境监测器。它有9个用于监测太阳和空间环境的传感器。

（4）搜索和营救系统。

（5）资料收集/天气传真系统。其传输速率为300 bit/s或1200bit/s，有4个天气传真通道。

美国还拟发射对地观测平台。它能载有比气象卫星多得多的观测仪器。这些仪器的监测和探测功能几乎可以覆盖整个地球物理领域，是研究涉及大气、海洋、陆地和生物之间相互作用的全球变化的最重要手段之一。4