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一箭六星送“华卫”
（2006年07月13日 13:56）
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□作者: 崔 志
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2006年 4月15日，台湾与美国联合研制的6颗微小型“华卫三号”卫星采用半人半牛座（Minotaur）火箭从美国加州范登堡空军基地发射，火箭升空后一切正常并在飞行14分25秒后分离第一颗卫星，尔后每隔大约一分钟依序分离另5颗卫星，直到发射后19分20秒6颗卫星按计划进入700～800千米高度的暂驻轨道。预计6颗“华卫三号”卫星经过12次变轨后将在未来13个月各自到达自己的任务轨道。这6颗卫星在台湾曾被称为“中华三号”，又称为“华卫三号”，后台湾改为“福卫三号”。在美国称为“气象、电离层及气候观测星座系统”（COSMIC），总耗资约1亿美元，其中台湾支付8000万美元，另外的 2000万美元由美国科学基金会、航宇局、空军、海军和海洋大气局资助。每颗“华卫三号”卫星重约70千克，卫星外形呈圆扁柱形，直径103厘米，高约 16厘米，设计寿命5年，可用于天气预报、全球气候变化研究以及电离层和重力场研究。
参与这项美台合作计划的美方为大学大气研究联盟，台方为台湾太空计划室。本计划是台湾太空计划室继华卫一号、华卫二号之后的第三个卫星发展计划，旨在建立全球大气实时观测网系统。该星座包括6颗微小卫星组成的太空部分及其地面系统部分。地面系统部分包括地面站、网络系统、卫星操作及控制中心、资料接收及处理中心。台湾实施该计划的目的有两个：一是通过美台合作获得全球大气实时观测网系统的先进技术能力；二是使台湾掌握微小卫星系统从规划、设计到总装测试与操作的能力。同时通过技术移转方式将美国的卫星组件和相关的制
造技术转移至台湾的制造厂商，建立并提升台湾太空产业的制造实力。
拓展GPS的新应用
“华卫三号”6颗微小卫星若能按计划在13个月后进入预定任务轨道，将分布于地球表面700～800千米高的6个不同轨道面上，组成覆盖全球的低轨道微小卫星星座系统。
目前绝大多数气象预报资料的搜集，主要来自世界各地约900个地面探空站升放的高空气球来测量大气温度和湿度。但这些观测站大部分分布在陆地，而占地球表面70%的海洋观测站却相当少，因此无法建立真实的全球天气模型。气象卫星虽然可以提供较大范围的观测，但是从太空垂直向地面收集资料，很不容易得到发生在不同高度上变化的信息。“华卫三号”计划可改善上述缺陷。它采用微小卫星星座和先进的无线电掩星技术，拓展GPS的新应用，改善观测范围和资料的准确性。
台美合作的小卫星
“华卫三号”卫星主要由美国轨道科学公司研制，其中卫星有效载荷由美国喷气推进实验室和海军研究所研制。台湾有5个厂家参与了卫星平台14种部件的研制。第1颗 “华卫三号”卫星由台湾太空计划室派出的驻厂团队与轨道科学公司的总装测试团队在美国完成总装测试工作，并于2004年7月运抵台湾。第2颗到第6颗卫星则在台湾太空中心完成总装测试。
“华卫三号”的有效载荷及其任务：
1.GPS 掩星实验仪(GPS Occultation Experiment，简称GOX) ：每一颗卫星上安装4个GPS天线，接收美国24颗GPS卫星的L1及L2频段所发出的导航信号，通过电波信号在穿过电离层和大气层时所受到的折射量，进而推算出电离层和大气层的电子密度总量、温度、压力及水汽含量等相关资料。GOX由美国航宇局喷气推进实验室与Broad Reach Engineering公司共同负责设计和制造。
2.小型电离层光度计 (Tiny Ionosphere Photometer，简称TIP) ：使用光谱频段为135.6 纳米，推算沿卫星对着地球方向的电子密度总量。TIP由美国海军研究所(Naval Research Laboratory，简称NRL) 负责研制。
3．三频段信标仪（Tri-Band Beacon，简称TBB）：使用150、400、1067MHz三个频段的同调无线电发射机发射电波信号，经由分布各地的接收站接收后，推算出电离层高度（90～700千米）的三维空间高解析度电子密度场和总电子含量。TBB由 NRL负责研制。
卫星地面系统
“华卫三号”的地面系统是以台湾太空计划室原有的地面系统为主体，透过美国的USN网络系统连结瑞典基律纳及美国阿拉斯加费尔班克斯的两个海外跟踪站来执行卫星星座的全部操作任务。其中包括：发射支持、卫星操控、有效载荷操控、海外遥测跟踪指令站指令资料传输和科学资料的接收等。地面系统多重任务中心与美商ISI 合作，将操控华卫一号的单一功能升级为同时操控华卫二、三号，目前确认地面系统的控制和操作软件已准备就绪。
“华卫三号”飞行任务分为四个阶段：第一阶段是火箭发射到卫星与火箭分离，称为发射阶段；第二阶段是从卫星分离后到地面站完成各项健康检查，称为早期轨道操作阶段；第三阶段是轨道转换与星座部署；第四阶段是卫星在任务轨道执行科学任务，也就是GPS掩星实验仪、电离层光度计、与三频段信标仪开始搜集科学资料时，称为科学任务阶段。
“华卫三号”星座由六个轨道面组成，每个轨道面与赤道夹角为24°。在早期轨道由于6颗卫星搭载同一火箭，6颗卫星分离是在同一个轨道面上，操作团队必须将卫星推进到不同的暂驻轨道，利用不同高度有不同进动的效应，使得6颗卫星在发射一年之后才会进入六个轨道面。发射13个月后，经12次的轨道转换，星座才能部署完成。同时，当卫星进入暂驻轨道之后，除了在推进的时段之外，GPS掩星实验仪、小型电离层光度计和三频段信标仪都可以进行它们的实验任务，这些有效载荷在暂驻轨道所做的测量与在任务星座所做测量，最大的不同点是暂驻轨道的测量点无法达到全球均匀分布的目标。
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“华卫三号”潜在的军事用途
据外电报道，美台合作的“华卫三号”卫星标榜是全球第一个气象观测星座系统，但却夹带军事用途。据美方专家透露，美国空军和海军参与“华卫三号”计划主要目的不在天气预报，而是研究电离层风暴可能对洲际导弹无线通讯导航系统的干扰。
“华卫三号”6颗微小卫星安装的3台观测仪器中（包括GOX、TIP、TBB），由美国喷气推进实验室研制的GPS掩星实验仪，是“华卫三号”最重要的观测仪器，通过接收GPS电波信号经大气层的折射，推算大气温度、压力和水汽垂直分布，可供世界各国气象预报参考。
但另外两种TIP和TBB是由美国海军研究所研制的，主要功能有玄机，两者互相搭配可推算电离层电子密度和总电子含量，提供预测太空天气变化所需的重要信息，也就是预报太空电离层风暴的发生。
参与“华卫三号”计划的美方专家透露，美国空军同意执行“华卫三号”发射任务，并与美国海军共同出资200万美元，由NRL研制TIP和TBB，最感兴趣的并不是全球天气预报，而是太空电离层风暴预测。
这名专家表示，电离层风暴会干扰无线通信质量，洲际导弹导航系统又是靠无线电波操控，美军参与“华卫三号”的主要目的，就是透过卫星传回的观测数据，研究电离层风暴发生机制，进而准确预报电离层风暴，最终目标是找出避免电离层风暴干扰洲际导弹导航系统的方法。
由台湾负责总装测试“华卫三号”第二颗到第六颗微小卫星期间，美方长期派员驻守台“太空计划室”，严禁台方任意拆解检修卫星零组件。
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文章作者:崔 志
责任编辑:skylook
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