“叔叔，晚上能看見人造衛(wèi)星嗎？”

　　“借助望遠鏡是可以看見的，而且最好是在傍晚呢！”國慶期間，記者在北京天文館聽到一位小學生與講解員的對話。

　　此時，一連串的問號閃現(xiàn)在記者的腦海里，夜幕下的星空，人造衛(wèi)星是以怎樣的姿態(tài)在運行呢？

　　看似“高大上”的人造衛(wèi)星，為了保持運行穩(wěn)定，主要有兩種運行姿態(tài)：一類是自旋穩(wěn)定，另一類是三軸穩(wěn)定。此外，還有大自旋穩(wěn)定姿態(tài)等。

　　“拿自旋穩(wěn)定姿態(tài)來說，人造衛(wèi)星圍繞其自身的中心軸在旋轉(zhuǎn)，和陀螺的原理一樣，旋轉(zhuǎn)起來才能穩(wěn)定。”“風云”系列靜止軌道氣象衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)副總工程師郭強介紹，“它的原理是利用衛(wèi)星繞自旋軸旋轉(zhuǎn)所獲得的陀螺定軸性，使衛(wèi)星的自旋軸方向在慣性空間定向。”一般來說，自旋穩(wěn)定的衛(wèi)星可以達到每分鐘100轉(zhuǎn)左右，只有這樣才能在慣性空間運行穩(wěn)定，對地觀測相對穩(wěn)定。美國和歐洲一些國家的第一代靜止氣象衛(wèi)星均采用了該技術(shù)。目前我國在軌運行的“風云二號”系列靜止氣象衛(wèi)星也采取自旋穩(wěn)定的方式。

　　由于衛(wèi)星在不停地旋轉(zhuǎn)，導致自旋穩(wěn)定的衛(wèi)星觀測地球的視角很小。“靜止人造衛(wèi)星距離地球36000公里左右，地球的半徑為6400公里，根據(jù)其旋轉(zhuǎn)速度，那么也就只有20度左右的視場，也就是360度旋轉(zhuǎn)一圈，只有5%左右的時間能看到地球。”郭強介紹說，“可以說，自旋穩(wěn)定衛(wèi)星的觀測效率是很低的。”

　　隨著人造衛(wèi)星探測技術(shù)的進步，三軸穩(wěn)定技術(shù)的研究成功，使得觀測效率大大提高，理論上的觀測效率為100%。郭強說：“由于探測技術(shù)的需要，在觀測時，我們需要觀看一部分冷空，也就是背景。即便是這樣，觀測效率也可達80%左右。也就是說，在有限的時間里看得慢一些，這樣我們可以獲得具有更高信噪比的衛(wèi)星觀測云圖。”

　　三軸穩(wěn)定姿態(tài)類似于在我們所熟知的X、Y、Z軸坐標系下，將衛(wèi)星固定住，在飛行時對其相互垂直的三個軸進行控制，任何一個軸都不會產(chǎn)生超出規(guī)定值的轉(zhuǎn)動和擺動，這樣衛(wèi)星就可以長時間地對地觀看了。郭強舉例說：“像利用單反相機一樣，如果我們拍攝星空，需要長時間曝光。那么，三軸穩(wěn)定衛(wèi)星就可以利用該原理，觀測閃電事件、開展高光譜探測了。”

　　正是因為它適用于在各種軌道上運行的、具有各種指向要求的衛(wèi)星，所以衛(wèi)星的返回、交會、對接及變軌等過程也應用此技術(shù)。歐洲第三代靜止氣象衛(wèi)星MTG、美國第二代靜止氣象衛(wèi)星GOES-R以及我國第二代靜止氣象衛(wèi)星“風云四號”氣象衛(wèi)星均采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)。

　　值得一提的是，歐洲第二代靜止氣象衛(wèi)星采用的是大自旋穩(wěn)定姿態(tài)。據(jù)郭強介紹，按嚴謹?shù)谋硎?，大自旋穩(wěn)定姿態(tài)也是自旋穩(wěn)定姿態(tài)，只不過衛(wèi)星的平臺比較大。從觀測的角度來說，就是將其鏡頭變大，同一時段獲得的能量變多。

　　那么未來，三軸穩(wěn)定姿態(tài)的衛(wèi)星給我們的觀測帶來了哪些期許呢？郭強介紹：“我國正在研發(fā)的‘風云四號’氣象衛(wèi)星將搭載閃電成像儀和高光譜探測儀。”正是由于其姿態(tài)控制方式、燃料供應以及搭載儀器的不同，三軸穩(wěn)定衛(wèi)星比自旋穩(wěn)定衛(wèi)星載重要大得多。

　　眾所周知，人造衛(wèi)星除了靜止衛(wèi)星還有極軌衛(wèi)星，而極軌衛(wèi)星對地只有900公里左右，圍繞地球南北兩極運行，一般采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)。“同樣是采取三軸穩(wěn)定姿態(tài)，靜止衛(wèi)星比極軌衛(wèi)星的要求要高得多。”郭強強調(diào)，“在對地觀測分辨率為1公里時，靜止衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定度要求將是極軌衛(wèi)星的40倍。所以，這對衛(wèi)星本身的技術(shù)要求更高一些 。”(張靜)