徐冰 吴爽 （北京空间科技信息研究所）

中国台湾福卫-5卫星即将发射

FormoSat-5 Satellite Will be Launched Soon

徐冰 吴爽 （北京空间科技信息研究所）

近年来，越来越多的国家或地区通过合作、技术转移等方式发展对地观测卫星能力。中国台湾地区通过与发达国家合作学习航天先进技术并积累经验，成功发展了一系列对地观测卫星，逐渐具备了天基对地观测能力。2017年8月底，由中国台湾研发的福卫-5（FormoSat-5）对地观测卫星将搭乘美国猎鹰-9（Falcon-9）火箭发射升空。

1 “福卫”系列卫星概况

中国台湾早期通过购买国外遥感卫星图像数据获取天基对地观测能力。1991年，中国台湾制定了航天科技发展规划，开始自主发展航天能力。“福卫”是其中最重要的项目。中国台湾规划了福卫-1～3、5和7卫星，福卫-1～3卫星已发射，福卫-5卫星即将于2017年8月底发射。

福卫-1是一颗低轨科学试验卫星，主要用于海洋水色观测、电离层等离子体和电动力学效应测量，以及Ka频段通信试验等。该卫星于1999年1月27日发射，设计寿命2年，实际在轨运行至2004年6月。福卫-1卫星采取合作方式进行研制，卫星平台的合作方为原美国汤普森-拉莫-伍尔德里奇公司（TRW）公司（现为诺斯罗普·格鲁曼公司），有效载荷的合作方为日本电气公司（NEC）和美国德克萨斯大学。

福卫-2卫星于2004年5月21日发射，设计寿命5年，目前已停止工作，全色分辨率2m，多光谱分辨率8m，幅宽24km。卫星由中国台湾和原阿斯特留姆公司[现空客防务与航天公司（ADS）]共同研制，原阿斯特留姆公司作为卫星主承包商，负责研制卫星平台和有效载荷，同时中国台湾地区负责研制部分组件。

福卫-3是一个由6颗微卫星组成的低轨气象环境卫星星座，也称为“气象、电离层和气候观测星座系统”（COSMIC），由中国台湾和美国大学大气研究联盟（UCAR）合作投资发展，主承包商为轨道科学公司（OSC）。该卫星星座于2006年4月15日发射，目前有5颗卫星仍在轨工作，用于获取GPS掩星数据以及电离层和气象观测数据等。

福卫-7是福卫-3的后续卫星星座任务，也称为气象、电离层和气候观测星座系统-2，将由12颗微卫星组成星座，平均分布于高低2个倾角轨道面，用于对大气环境进行观测，获取压力、温度和湿度等大气参数，目前正处于研制阶段。该星座由中国台湾和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）联合发展。英国萨瑞卫星技术公司（SSTL）负责设计和制造这12颗卫星，有效载荷由中国台湾和美国共同制造。

2 福卫-5卫星项目情况介绍

总体情况

福卫-5卫星项目于2005年提出，作为福卫-2的后继星，计划运行在高720km、倾角98.28°的太阳同步轨道，设计寿命5年。福卫-5卫星任务目标包括发展中国台湾的对地观测卫星技术和能力，接替福卫-2卫星持续服务于全球图像用户，以及促进中国台湾空间科学研究。

卫星平台

福卫-5卫星平台由姿态与轨道控制分系统、指令与数据管理单元、电源分系统和数据传输分系统等组成。该卫星平台呈八棱柱体，尺寸约1.6m（外径）×2.8m（高），采用三轴稳定控制方式，具有任意方向±45°的侧摆能力，卫星具有一定的敏捷性，可在过顶期间对非平行于星下点轨迹的指定区域进行成像，即异步成像能力。图像数据下行链路采用X频段，数据传输率150Mbit/s，测控链路采用S频段。星上固态存储器容量80Gbit。卫星带有2块太阳电池板，在轨期间提供280W平均功率。

其姿态与轨道控制分系统主要用于卫星姿态控制与轨道控制，姿态敏感器包括2个星敏感器、2个磁力计和6个太阳敏感器。姿态执行机构包括4个反作用轮和3个磁力矩器。卫星可在60s内实现滚动向侧摆24°、俯仰向侧摆24°、偏航向侧摆7°。与福卫-2卫星采用的原阿斯特留姆公司低地轨道星-500-XO（Leostar-500-XO）平台相比，中国台湾自主开发的福卫-5卫星平台在敏捷性方面还有一定的差距。

其指令与数据管理单元主要包括星上计算机、数据存储模块、遥测与遥控模块、控制管理模块、姿态与轨道控制分系统数据处理模块、SpaceWire复用器-分用器、GPS接收机和DC-DC电能供应模块等。

其电源分系统由1个功率控制分配单元、1个可重复充电24A ·h电池和2个太阳能发电机组成。其中，功率控制分配单元包含17个电路模块和100多个功率分配通道，主要用于将太阳电池板获取的能量按需分配给星上的所有分系统。

有效载荷

福卫-5卫星带有2个有效载荷，主有效载荷为遥感相机（RSI），次有效载荷为先进电离层探测器（AIP）。

星上遥感相机在设计和研制过程中涉及的关键技术包括CMOS探测器设计与制造技术、碳纤维复合材料结构支架制造工艺、星上图像数据压缩技术、均衡安装设计与总装技术，以及望远镜校正技术等。

星上遥感相机是一个推扫成像器，质量95kg，平均功率75W，由卡塞格伦望远镜和电子单元组成。卡塞格伦望远镜由口径45cm、焦距3600mm的主镜，以及次镜、校正透镜、遮光罩、碳纤维复合材料结构和焦平面阵列组成。其中，焦平面阵列是最关键组件，由CMOS成像传感器、带通滤波器、控制电子器件和支架结构组成。CMOS成像传感器由微像科技股份有限公司设计，包括1个全色和4个多光谱成像传感器，全色成像传感器包含12000个像元，每个像元尺寸10μm，多光谱成像传感器包含6000个像元，每个像元尺寸20μm。遥感相机全色分辨率2m，多光谱分辨率4m，幅宽24km，数据量化12bit。

地面段

福卫-5卫星地面段由任务操作与控制中心，S频段跟踪、遥测与指令地面站，X频段数据接收站，图像处理中心和海外紧急支援站组成。

其任务操作与控制中心、X频段数据接收站和图像处理中心都位于台湾新竹市科学园区。任务操作与控制中心包括任务操作中心、任务控制中心、飞行动态设施、地面通信网络和科学控制中心，提供卫星下行遥测数据监控、指令上传、卫星轨道确定和预测、卫星任务调度、科学数据获取与分发，以及内外部通信等功能。X频段数据接收站主要用于接收卫星图像数据，图像处理中心负责图像数据处理与分发。2个S频段跟踪、遥测与指令地面站位于台南成功大学归仁校区，1个S频段跟踪、遥测与指令地面站位于中坜中央大学，提供与卫星的遥测、跟踪和遥控服务。海外紧急支援站主要提供卫星发射与早期轨道、卫星紧急及轨道机动时所需的支援。

性能对比

虽然福卫-5是福卫-2的后继星，但是其各方面性能并没有大幅提升。与福卫-2卫星相比，福卫-5卫星平台敏捷性较差，但福卫-5卫星的多光谱成像分辨率、星上存储能力和数据传输率均比福卫-2卫星有所提高。

福卫-5与福卫-2卫星性能对比

3 “福卫”系列卫星应用情况

虽然中国台湾一直宣称“福卫”卫星系列面向民用，以满足本地区需求为主，已广泛应用于资源勘测、土地利用、变化监测、农林规划、环境监控、海洋监视、灾害评估以及科学研究与教育等众多领域。但“福卫”卫星还可应用于军事领域，例如2005年5月-7月，福卫-2卫星对伊朗阿拉克核电站区域进行连续监测，发现伊朗正在大力建造阿拉克核电站，为中国台湾地区提供了重要的军事情报。

此外，中国台湾还通过“亚洲哨兵”（Sentinel Asia，“亚洲哨兵”是由亚太地区航天机构和灾害管理机构联合组成的志愿机构，主要利用遥感技术和地理信息技术为亚太地区的灾害管理提供技术支持）、国际宪章和联合国卫星应用计划训练与研究营运中心（UNOSAT）等灾害救济国际合作项目或组织，利用福卫-2卫星图像向全球提供人道主义救援。福卫-2卫星自发射以来，已经为数十个国家、数百次自然灾害提供了人道主义救援，包括2010年2月的智利地震、2011年3月的日本地震与海啸，以及2011年7月的泰国洪灾等。