哨兵卫星——欧洲之眼对地观测卫星

  哨兵卫星（Sentinel），是欧洲航天局哥白尼计划（Copernicus Programme）中的地球观测卫星。哥白尼计划是当今世界上规模较大，雄心勃勃的地球观测计划，旨在通过一批卫星来应对环境挑战。其核心便是哨兵卫星系列。

哥白尼计划 Copernicus Programme

  哥白尼计划(Copernicus Programme)是一项重大地球观测计划，被誉为地球上空的欧洲之眼(Europe’s eyes on Earth)。该计划旨在观测地球及其环境，提供利用卫星观测和现场数据的信息服务。

  哥白尼计划以前称为全球环境与安全监测计划（GMES，Global Monitoring for Environment and Security）。该计划由欧盟委员会 (EC) 领导，并与欧洲航天局 (ESA) 和欧洲环境署 (EEA) 合作。

  来自卫星和地面、空中和海上测量系统的大量全球数据提供信息服务，帮助企业、政府和其他国际组织改善欧洲及其他地区公民的生活。所提供的信息服务是免费的，并向用户开放。

  哥白尼计划由3个部分组成：

（1）空间部分：哨兵系列卫星和相关的地面系统，其他卫星的贡献任务；

（2）现场测量部分：提供海洋、大陆表面和大气层信息的地面和空中数据收集网络；

（3）服务部分：开发和管理的服务，并向用户和公众提供。

哥白尼计划

 

哨兵计划 Sentinel

  目前哨兵任务卫星有6类，包括Sentinel-1、Sentinel-2、Sentinel-3、Sentinel-4、Sentinel-5P/5、Sentinel-6，用于陆地、海洋和大气监测的雷达和光学成像。

  每个哨兵任务都基于两颗卫星的星座，以满足每个任务的覆盖和重访要求，为所有哥白尼服务提供强大的数据集。

 

Sentinel-1

  Sentinel-1 任务由两颗卫星组成，位于同一轨道平面，轨道相位差为180°。

  Sentinel-1设计携带一个12米长的C波段合成孔径雷达（SAR）天线，并安装有两块10米长的太阳能电池板。数据存储容量1,410 Gbit和520 Mbit/s X波段下行容量。**卫星可进行C波段合成孔径雷达成像，无论天气如何都能获取图像。 **   Sentinel-1 位于近极地太阳同步轨道，单颗卫星重复周期为 12 天，每周期绕行 175 圈。两颗卫星同时运行，重复周期为六天。

Sentinel-1 轨道参数

 

Sentinel-2

  Sentinel-2 是欧洲宽幅、高分辨率、多光谱成像任务。Sentinel-2A和 Sentinel-2B位于相隔180度的同一轨道上，旨在实现赤道5天的高重访频率。

Sentinel-2轨道双卫星运行示意图

  Sentinel-2携带光学仪器有效载荷，包含可见光、近红外和短波红外光谱部分的13 个波段的多光谱数据：四个10米波段、六个20米波段和三个60米空间分辨率波段。

• 轨道幅宽为290公里；

• 系统性覆盖南纬 56° 至北纬 84° 的全球陆地表面、沿海水域和整个地中海；

• 每 10 天在相同视角下重访一次。在高纬度地区，Sentinel-2 扫描带重叠，有些区域每 10 天会被观察两次或更多次，但视角不同。

Sentinel-2轨道参数

 

Sentinel-3

  Sentinel-3由欧空局和欧洲气象卫星组织联合运营，使用多个传感器测量地形、温度、海洋生态系统、水质、污染和其他特征，以进行海洋预报和环境监测，支持哥白尼计划在海洋、陆地、大气、应急、冰冻圈领域的应用。

  Sentinel-3的主要目标是提供多种仪器功能，以支持对海洋颜色(OC)、海面高度(SSH)和海面温度(SST)等数据进行精确参数化。除了SST，OC还可用于支持对海洋碳通量的精确估算。Sentinel-3的观测还支持在火灾、内陆水域（河流和湖泊水面高度）、冰冻圈（即陆地冰和海冰厚度）和大气领域的应用。

Sentinel-3轨道参数

Sentinel-3卫星和有效载荷

Sentinel-3有效载荷：

• OLCI（海洋和陆地颜色仪器）

• SLSTR（海陆表面温度辐射计）

• SRAL（合成孔径雷达高度计）

• MWR（微波辐射计）

• DORIS（多普勒轨道无线电定位系统）

  • 轨道定位的接收器

• LRR（激光反射器）

  • 与 SRAL、DORIS、MWR 结合使用时，它们将获得海洋和内陆水域的详细地形测量数据。

• GNSS（全球导航卫星系统）

  • GPS 接收器，提供精确的轨道测定并同时跟踪多颗卫星

 

Sentinel-4（未发射）

  Sentinel-4、Sentinel-5P和Sentinel-5是旨在满足哥白尼大气监测服务(CAMS) 需求的卫星星座的补充。

  Sentinel-4 的主要目标是监测欧洲空气质量微量气体和气溶胶，包括臭氧、二氧化氮、二氧化硫、乙二醛和甲醛，以支持哥白尼大气监测服务 (CAMS) 的高空间分辨率和快速重访时间。

  Sentinel-4由两种仪器组成：紫外和近红外多光谱光谱仪 (S4 UVN) 和红外探测器 (IRS)。这两台仪器将搭载在两颗 Eumetsat Meteosat 第三代探测器 (MTG-S) 卫星上，这两颗卫星将于 2024 年和 2034 年发射。

 

Sentinel-5P

  Sentinel-5P是哥白尼首次在轨监测大气层的任务，主要目标是进行高时空分辨率的大气测量，用于空气质量、臭氧和紫外线辐射以及气候监测和预报。

  Sentinel-5P旨在弥补Envisat和 Sentinel-5之间观测连续性的差距。卫星搭载的Tropomi专门用来进行大气监测，可测量空气质量、臭氧和紫外线辐射，并提供气候监测和预报。

Tropomi 是一种光谱仪，可感应紫外线 (UV)、可见光 (VIS)、近红外 (NIR) 和短波红外 (SWIR) 波长的光，以监测大气中的臭氧、甲烷、甲醛、气溶胶、NO、NO2和SO2。它扩展了Aura 卫星的OMI和Envisat的SCIAMACHY仪器的功能。

Sentinel-5P轨道参数

 

Sentinel-6

  Sentinel-6主要任务是绘制海平面图，量化和监测全球和区域海平面变化和海平面上升率，以支持海洋气象学和海洋学业务服务。

  Sentinel-6使用欧洲航天局开发的最新雷达测高技术，推进了海面高度测量的长期记录，该记录始于1992年，由法美Topex-Poseidon卫星开始，之后是Jason系列卫星。

Sentinel-6有效载荷：

• Poseidon-4（雷达高度计）

  • Ku/C 波段天底指向合成孔径雷达（SAR，仅限 Ku 波段）高度计

• AMR-C（微波辐射计）

  • 用于气候的多频高级微波辐射计

• HRMR（实验性高分辨率微波辐射计）

  • 用于增强沿海地区大气参数测量

 

哥白尼扩张 Copernicus Expansion

  哥白尼计划将增加 6 个新任务，即哥白尼扩展任务：

• CHIME：哥白尼环境高光谱成像任务

• CIMR：哥白尼想象微波辐射计

• CO2M：哥白尼人为二氧化碳监测

• CRISTAL：哥白尼极地冰雪地形高度计

• LSTM：地表温度监测

• ROSE-L：L波段雷达观测系统

参考资料：

1. European Space Agency (esa.int)

2. https://sentiwiki.copernicus.eu/web/（维基百科）

3. 世界最雄心勃勃的对地观测计划——哥白尼计划25周年，石头人看遥感