ESA首個磁場監(jiān)測衛(wèi)星星座“蜂群”

歐洲航天局（ESA）的“蜂群”（Swarm）衛(wèi)星星座于2013年11月22日從普列謝茨克航天發(fā)射場由俄羅斯“轟鳴”（Rockot）火箭成功發(fā)射。Swarm星座是ESA的首個用于測量來自地球核心、地幔、地殼、海洋、電離層等區(qū)域磁場信息的對地觀測衛(wèi)星星座，可為科學(xué)家提供數(shù)據(jù)研究磁場的復(fù)雜性。目前，Swarm衛(wèi)星星座已進入500km軌道，研究保護地球免受宇宙輻射和太陽風(fēng)中帶電粒子傷害的地球磁場。

Swarm項目于2004年獲得批準(zhǔn)，是ESA的第4個“地球探測者”（Earth Explorer）任務(wù)，共投入約1.8億歐元（約2.4億美元）。阿斯特里姆德國公司是衛(wèi)星的主承包商。Swarm星座由3顆小衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星質(zhì)量473kg，設(shè)計壽命4年，尺寸1.5m×0.85m×9.1m（包括一個4m長的展開臂）。3顆衛(wèi)星運行在2個軌道面上，其中Swarm-A和Swarm-B衛(wèi)星組成衛(wèi)星對，運行在高度450km、87.4°的極軌道，東西向分離1.0°～1.5°（經(jīng)度），在軌最大差分延遲為10s，主要測量磁場東西方向梯度，Swarm-C衛(wèi)星運行在高度530km、傾角88°的極軌道。在軌期間，Swarm星座通過軌道維持，保證星座精確構(gòu)型。

在平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，3顆小衛(wèi)星基本相同，采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計和三軸穩(wěn)定控制方式；太陽電池片敷裝在衛(wèi)星外表面；為降低姿態(tài)擾動對磁場矢量測量的影響，采取了減少衛(wèi)星本體振動的設(shè)計方案。在姿態(tài)控制方面，利用3個星跟蹤器、3個磁強計和1個日地感應(yīng)器測量衛(wèi)星姿態(tài)，再運用24個冷氣推力器（20mN和40mN）和磁力矩器進行姿態(tài)控制，保證衛(wèi)星姿態(tài)控制精度優(yōu)于5°（偏航、俯仰、滾動三軸），姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于0.1°/s。

每顆Swarm衛(wèi)星搭載絕對標(biāo)量磁強計（ASM）、緊湊型球形線圈（CSC）結(jié)構(gòu)矢量磁通門磁強計（VFM）等新一代磁場探測載荷，用于高精度、高分辨率測量磁場強度、方向和變化。ASM主要用于測量磁場強度，并校準(zhǔn)VFM。VFM與3個星相機（相互夾角90°）安裝在一個穩(wěn)定的光具座后，再安裝在長4m的桁架上，3個恒星敏感器為VFM提供三維高精度姿態(tài)信息。除了這些磁場測量載荷外，衛(wèi)星還攜帶了電場測量設(shè)備（EFI）、加速度計和激光后向反射器，以提供必要的測量信息，建模并區(qū)分地磁場的多源影響。

通過3星星座構(gòu)型，Swarm衛(wèi)星可以有效克服磁場測量的時空模糊問題，調(diào)整空間采樣的時間，可以更好地區(qū)分不同影響源（地球電場、電離層傳導(dǎo)性）對地磁場的作用和貢獻。未來4年的在軌期間，Swarm星座將高精度地展現(xiàn)地球磁場的強度、方向，以及隨時間演化過程，進一步增強對地球內(nèi)部及其與空間相互作用的了解。

· 摘編|付郁 云成