实践四号卫星

1994年2月8日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭成功将实践四号卫星发射升空，并成功送入预定轨道。实践四号科学实验卫星是主要探测近地空间的带电粒子环境，研究及其对航天器的影响。使中国首次获得了200～36000千米之间的空间环境参数和高能粒子效应资料。

中文名：实践四号卫星

外文名：SJ-4

发射时间：1994年2月8日

发射地点：西昌卫星发射中心

分类：地球同步转移轨道卫星

1、简介

实践四号卫星（SJ-4）是一颗地球同步转移轨道卫星，是为研究带电粒子及其效应而研实践四号卫星制的专用卫星。1994年2月8日，实践四号卫星在西昌卫星发射中心发射成功。实践四号卫星上的空间单粒子动态监测计算机通过7个月的空间飞行试验，为空间辐射环境的研究获取数据，使中国国首次获得了200～36000千米之间的空间环境参数和高能粒子效应资料，并在中国国首先把系列化、通用化、模块化的设计思想维用到航天计算机领域。实践四号卫星的轨道参数为：近地点高度200km、远地点高度36000km、倾角28.5°。

2、研制过程

实践四号研制任务于1991年12月下达，要求在一年多的时间内，用很有限的经费完成这颗卫星的研制。卫星由中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部负责研制，星上有效载荷由中国科学院空间中心负责研制。

任务下达后，空间飞行器总体设计部立即抽出人员组成研制队伍，全面开展了卫星的研制工作。针对这颗卫星研制周期短、经费少等制约条件，设计师系统仔细地推敲了研制程序，经认真分析，合理地简化了一些步骤和阶段。作为整星，不再按常规分初样和正样两步，也没有结构星和温控星，而是只生产一颗星，按串联星和正检星做完各项大型试验后，再经少量修改便直接用作发射星。这样，在保证质量的前题下缩短了研制周期。

这颗星整个研制过程历时约2年，可粗分为：方案论证、设计和生产、总装和电测、大型试验(包括力学环境试验、热真空试验、质量特性和精度测量等）、靶场测试和发射等5个阶段。卫星发射后，转入在轨运行管理阶段。

实残四号卫星研制成功的经验之一是充分利用已有卫星的研制经验、技术和设备，以及其他在研型号已取得的研制成果、经验和技术。只要适用,都直接应用或修改后利用。这样，提高了可靠性，节省了时间和经费，使研制队伍得以集中精力解决这颗星的技术关键。这颗星能够在不到两年的时间内研制成功，正是具有26颗卫星研制经验的北京空间飞行器总体设计部综合实力的体现。

3、构成

这颗重400公斤的卫星的外形为一直径1.6米的圆柱体，圆柱体的腰部伸出两根遥控接收天线，卫星连同顶部伸出的超短波遥测发射天线的总高度将近2.2米。

卫星由结构、姿态测量与稳定、电源、热控、测控与天线和有效载荷等6个分系统组成。

卫星结构

卫星结构采用中心承力筒式的框架结构形式，仪器安装在星体中部的仪器安装板上，探测仪器的传感器分布在星体腰部、顶部和底部。25块太阳电池分别安装在卫星的柱面、顶面和底面。卫星底部的椎面通过包带与运载火箭联接。

姿控分系统

根据探测任务的需求，选用了自旋式姿态稳定。按发射程序的安排，卫星与运载火箭分离入轨后自行起旋。星载的一组模拟式太阳敏感器和两轴式的磁场强度计用来测量卫星相对于太阳矢量和相对地矢量的位置从而确定卫星在惯性空间的姿态，以建立空间探测的基准。同时可获得卫星的太阳入射角、自旋转速和章动运动等信息。此外，还可利用磁场强度计进行星体剩磁的在轨测量。

电源分系统

由安装在卫星外表面的1万多片转换效率为12%的背反射式太阳电池组成太阳电池阵。它与一组15安时的镉镍蓄电池一起为卫星供电。在日照区，太阳电池阵的输出经多级并联分流调压后作为母线电压直接向负载供电，同时为蓄电池充电。在星蚀期由蓄电池经升压调节器向负载供电。虽然这类大椭圆轨道的星蚀期可能超过2小时，实践四号发射窗口选择合适，可使卫星在半年内星蚀期不超过60分钟，相应的蓄电池放电深度为25%。电源分系统提供的母线功率为65W,母线电压为27伏，仪器所需的其他电压，由二次电源变换器提供。

热控分系统

卫星的内热源较小，日照角因卫星采用自旋稳定方式而有很大的变化范围，加之是在大椭圆轨道上运行，在近地点和远地点卫星所获得的外热流变化达40%，这些因素对热控设计是很不利的。经热分析计算及整星热平衡试验，确定了以被动热控为主，局部辅以主动热控的方案。星体表面的热控面上，较多地采用高吸收率-发射率比,低发射率的表面材料以实现星体的热平衡.星蒙皮内表面包覆多层隔热材料以减少散热及随日照角和星蚀期变化引起的舱内温度变化。

测控与跟踪分系统

采用超短波测控*实现对卫星的跟踪测轨，遥控和遥测。通过地面测控网可对卫星实施实时遥控、延时遥控和数据加载。功率为1W的遥测发射机向地面传送卫星服务系统的工程参数和空间环境探测数据。地面站不可视弧段上的数据暂存在星载存储器内，待卫星过境时用延时遥测通道传送到地面。为在各种姿态下达到较远的作用距离，要求天线有较高的增益和合适的方向图形，为此，专门设计了双线螺旋天线，在子午面60°宽的波束内，增益G≥0dBi。

有效载荷

有效载荷共有6台探测仪器：质子探测器、电子探测器、等离子体探测器、电位监视器、单粒子事件静态监测仪和单粒子事件动态监测仪。这些仪器用来探测空间的电子、质子和重离子，覆盖了从数十电子伏的等离子体到数百兆电子伏的银河宇宙线的非常宽的能谱，可以测量各主要带电粒子区中的各种带电粒子，并可测量与监视这些空间带电粒子作用于航天器上所产生的效应。

4、探测任务及特点

实践四号卫星的主要探测任务是测量近地空间的带电粒子环境，研究它们对航天器的影响。

实践四号卫星具有以下特点

1、探测能谱范围宽，几乎覆盖了对航天器有影响的全部能量范围；

2、探测成分全，包括电子、质子和重离子；

3、同时测量环境参数和效应，可为卫星异常提供完整的对比数据，容易找出因果关系。

5、运行轨道

根据太空带电粒子的分布场情况，卫星选择了一条近地点高200公里，远地点高36000公里、倾角28度的较理想的运行轨道。在近地点，卫星处于辐射带边线以下，随着卫星向高轨道方向运行，卫星将进入辐射带并穿越辐射最强的区域，最后到达辐射带外边缘以外地区。卫星每天约有两次机会测到辐射带沿高度分布的一个完整剖面。

6、星载设备

针对地球同步转移轨道的特殊环境，实践四号卫星专门设计了空间辐射环境及其辐射效应试验项目。环境探测仪器选用3种：质子（含重离子）探测器、电子探测器和等离子体探测器。与环境效应试验项目相对应有3台仪器，即一台卫星表面电位监视器，两台单粒子效应试验仪器（分别是单粒子静态监测仪和单粒子动态监测仪）。

7、研究成果

1、SEU的计数与分布从发射之日起逐日增加，其随磁壳参数L的分布在1.25～1.75和5.75～6.75处SEU出现次数最多；

2、辐射带形貌结果与国外模型比较大致相似；

3、实验了克服CMOS组件闩锁的技术措施并取得成功；

4、第一次测到了热等离子体与卫星表面电位之间的关系。