有效載荷（航天器分系統(tǒng)）

正文

有效載荷：直接執(zhí)行特定衛(wèi)星任務的儀器、設備或分系統(tǒng)。有效載荷的種類很多，即使是同一種類型的有效載荷，性能差別也很大。返回式衛(wèi)星返回艙的有效載荷有多光譜掃描儀、紅外掃描儀、合成孔徑雷達、微波輻射計、微波散射計、雷達高度計、超光譜成像儀以及遙感信息的數(shù)傳設備。偵察衛(wèi)星的有效載荷有可見光膠片型相機、可見光CCD相機、雷達信息信號接收機（信道化接收機、測向接收機）和天線陣及大幅面測量相機等。對于對地觀測衛(wèi)星而言，把多種遙感器安裝在一顆星上去完成不同的任務，將是提高效費比的主要發(fā)展趨勢。

簡介

有效載荷(Payload)是一個信元，幀的一部分，或包括上層信息(數(shù)據(jù))的分組。全部的幀/分組或信元變成低水平通信的有效載荷。

北板-南板

返回型衛(wèi)星返回艙的有效載荷有回收的信息載體、材料或制品。遙感衛(wèi)星的有效載荷有多光譜掃描儀、紅外掃描儀、合成孔徑雷達、微波輻射計、微波散射計、雷達高度計、超光譜成像儀以及遙感信息的數(shù)傳設備。通信衛(wèi)星的有效載荷有通信轉(zhuǎn)發(fā)器和天線。導航衛(wèi)星的有效載荷有衛(wèi)星時鐘、導航數(shù)據(jù)存儲器及數(shù)據(jù)注入接收機。偵察衛(wèi)星的有效載荷有可見光膠片型相機、可見光CCD相機、雷達信息信號接收機(信道化接收機、測向接收機)和天線陣及大幅面測量相機等。單一用途的衛(wèi)星，一般裝有一種或兩種有效載荷。多用途衛(wèi)星，一般裝有幾種有效載荷。隨著航天技術的不斷發(fā)展，有效載荷也在逐步向低功耗、小質(zhì)量和小體積的方向發(fā)展。對于對地觀測衛(wèi)星而言，把多種遙感器安裝在一顆衛(wèi)星上去完成不同的任務，是提高效費比的主要發(fā)展趨勢。安裝不同有效載荷的衛(wèi)星，結(jié)果就是多用途衛(wèi)星，如資源偵察衛(wèi)星、環(huán)境氣象衛(wèi)星、導航定位衛(wèi)星等

衛(wèi)星有效載荷的分類

一般可分為：科學探測和實驗類、信息獲取類、信息傳輸類、信息基準類。有時可按所涉及的專業(yè)技術領域分類(光學遙感器、微波遙感器)按應用分類(通信衛(wèi)星有效載荷、氣象衛(wèi)星有效載荷、地球資源衛(wèi)星有效載荷、海洋衛(wèi)星有效載荷、導航衛(wèi)星有效載荷、偵查衛(wèi)星有效載荷、科學衛(wèi)星有效載荷、技術試驗衛(wèi)星有效載荷等)

1.科學探測和實驗類用于探測空間環(huán)境、觀測天體和空間科學實驗的各種儀器、設備和系統(tǒng)等。 1)可以專門裝載于科學衛(wèi)星上如：“實踐”衛(wèi)星上的宇宙射線計 2)可以搭載于某些應用衛(wèi)星上如：“風云二號”衛(wèi)星上的質(zhì)子和電子探測器

2.信息獲取類用于對地觀測的各種遙感器如：“風云一號”上的10波段掃描輻射計，“風云二號”上的多通道自旋掃描輻射計，“資源一號”上的多光譜CCD相機和紅外多光譜掃描儀，返回式相機上的膠片相機

有效載荷

4.信息基準類用于提供空間基準和時間基準信息的各種儀器、設備和系統(tǒng)。如：導航衛(wèi)星的高穩(wěn)定頻標，重力場測量衛(wèi)星上的激光角反射器等。

衛(wèi)星有效載荷設計的一般原則

理解用戶需求，確定總體技術指標研究各種限制條件，選擇有效載荷方案合理分配技術指標通過仿真和試驗來驗證優(yōu)化設計

衛(wèi)星有效載荷設計的一般技術要求1、對環(huán)境適應性的要求(1)能適應力學環(huán)境要求(2)能適應失重狀態(tài)要求(3)能適應真空狀態(tài)要求(4)能適應溫度變化要求(5)能適應空間輻射環(huán)境要求2、質(zhì)量、體積、功耗與可靠性要求3、必須滿足與衛(wèi)星平臺之間的特定關系4、必須滿足與應用系統(tǒng)之間的特定關系

通信衛(wèi)星的有效載

基本組成和工作原理1、基本組成1)轉(zhuǎn)發(fā)器：實質(zhì)是一臺寬頻帶的收發(fā)信機。2)天線：用于衛(wèi)星通信信號收發(fā)。有時可完成測控信號的收發(fā)。分為：全球波束、半球波束、區(qū)域波束、點波束、多波束以及賦形可變波束天線等。2、工作原理天線接收上行信號，送到轉(zhuǎn)發(fā)器對信號進行加工，再由天線將加工后的信號作為下行信號發(fā)出，完成通信信號的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

性能參數(shù)和主要設計考慮1、性能參數(shù)(1)與射頻電平有關的性能參數(shù)：等效全向輻射功率、接收系統(tǒng)增益噪聲溫度比、飽和功率通量密度(2)與頻段及帶寬有關的參數(shù)：通信頻段、帶寬和頻率再用特性(3)與通信品質(zhì)有關的參數(shù)2、主要設計考慮要在規(guī)定的頻段、帶寬、服務區(qū)覆蓋要求等條件下，對確定的與通信容量和通信品質(zhì)有關的指標進行科學合理的分配。

地球資源衛(wèi)星有效載荷

地球資源衛(wèi)星是用于地球資源探測和環(huán)境監(jiān)測的遙感衛(wèi)星。地球資源衛(wèi)星的有效載荷主要是各類遙感器以及遙感傳輸設備。遙感器大致可分為：多光譜類、成像光譜儀類、高空間分辨率類和合成孔徑雷達類。

全球氣象衛(wèi)星布局

氣象衛(wèi)星分極地軌道和靜止軌道兩種。有效載荷指星上用于氣象信息獲取、處理、存儲及發(fā)送的設備。主要包括：遙感器、實時信息處理器、大容量數(shù)據(jù)記錄器及發(fā)射機等

海洋衛(wèi)星有效載荷

用于探測海洋水色要素(葉綠素濃度、懸浮物和污染物)，深海表面拓撲(海平面高度的空間分布)，海洋動力環(huán)境(海面風場、海浪、海冰等)。有效載荷包括不同種類的光學遙感器和微波遙感器

導航衛(wèi)星有效載荷

衛(wèi)星導航的基本作用是向各類用戶實時提供準確、連續(xù)的位置、速度和時間信息。分類：低軌測速導航系統(tǒng)、全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)、全球同步衛(wèi)星無線電測定系統(tǒng)

低軌測速導航系統(tǒng)衛(wèi)星有效載荷

第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。美國的“子午儀”衛(wèi)星，蘇聯(lián)的“圣卡達”衛(wèi)星利用地面用戶終端機測定導航衛(wèi)星發(fā)射載波的多普勒頻移，確定衛(wèi)星在不同時刻的兩個位置至用戶位置的距離差，得出旋轉(zhuǎn)雙曲面的基本導航方程；根據(jù)衛(wèi)星在每時刻的軌道位置并利用多組基本導航方程解出用戶的位置。

全球氣象衛(wèi)星布局

美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)用戶同時接收四顆衛(wèi)星的編碼信號，測量這四顆星各自到用戶的偽距，并由解讀衛(wèi)星廣播的導航電文得到衛(wèi)星的位置，從而進行定位。

全球同步衛(wèi)星無線電測定系統(tǒng)(RDSS)衛(wèi)星有效載荷

“北斗”導航衛(wèi)星系統(tǒng)地面中心通過兩顆衛(wèi)星上的C/S轉(zhuǎn)發(fā)器向用戶發(fā)送誰要定位的詢問信號，需要定位的用戶接收到任一顆衛(wèi)星的詢問信號后，即可響應詢問，發(fā)出定位申請；地面中心站收到來自兩顆衛(wèi)星L/C轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)的應答信號，即可測定地面中心站分別經(jīng)兩顆衛(wèi)星到用戶的距離和。由于衛(wèi)星位置可通過測軌獲得，便可導出用戶至每顆衛(wèi)星的距離；利用存儲在地面中心站數(shù)據(jù)庫中的地形數(shù)字高程，算出用戶所在的位置，通過其中一顆衛(wèi)星通知用戶，完成定位。

偵察衛(wèi)星有效載荷

主要包括：成像偵查衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星、導彈預警衛(wèi)星和海洋監(jiān)視衛(wèi)星等

成像偵查衛(wèi)星有效載荷

1、膠片相機2、傳輸型相機3、合成孔徑雷達(SAR)

電子偵察衛(wèi)星有效載荷

1、天線? 2、接收機? 3、信號處理設備

導彈預警衛(wèi)星和海洋監(jiān)視衛(wèi)星有效載荷

1、導彈預警衛(wèi)星有效載荷利用星上的紅外探測儀，探測導彈飛行時發(fā)動機尾焰的紅外輻射，配合電視攝像機及時準確地判斷敵方導彈方向。2、海洋監(jiān)測衛(wèi)星有效載荷裝有雷達，無線電接收機，紅外探測器等偵察設備，監(jiān)視海上艦船和潛艇的活動。

科學衛(wèi)星有效載荷

科學探測衛(wèi)星，是用來進行空間物理環(huán)境探測的衛(wèi)星。它攜帶著各種儀器，穿行于大氣層和外層空間，收集來自空間的各種信息，使人們對宇宙有了更深的了解，為人類進入太空、利用太空提供了十分寶貴的資料。世界各國最初發(fā)射的衛(wèi)星多是這類衛(wèi)星或是技術試驗衛(wèi)星。

科學探測有效載荷的種類和主要性能

1、空間帶電粒子探測器2、空間輻射效應探測器3、太陽輻射探測器