3 июня 2021 г. в 00:17 по пекинскому времени (2 июня в 16:17 UTC) со стартового комплекса №2 Центра космических запусков Сичан был произведен пуск РН «Чанчжэн-3B» (CZ-3B/GIII №Y72) с китайским геостационарным метеоспутником второго поколения «Фэнъюнь-4B» (风云四号B, FY-4B).
Аппарат был успешно доставлен на стандартную геопереходную орбиту с параметрами:
- наклонение – 28.52°;
- минимальная высота – 197 км;
- максимальная высота – 35803 км;
- период обращения – 631.3 мин.
В каталоге Стратегического командования США «Фэнъюнь-4B» получил номер 48808 и международное обозначение 2021-047A. Этот старт стал 119-м в истории ракет семейства CZ-3A, 75-м для изделия CZ-3B и 372-м для носителей «Великий поход» в целом.
«Фэнъюнь-4B» – второй китайский геостационарный метеоспутник второго поколения и первый оперативный. Он будет осуществлять наблюдения с высоким временным, пространственным и спектральным разрешением за атмосферой, облаками и космической средой над Китаем и прилегающей территорией, а также ретранслировать данные с наземных метеоплатформ.
Все китайские спутники метеорологического обеспечения, как полярные, так и геостационарные, проектировались и изготавливались в Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST. Мы не будем сейчас описывать всю историю их создания, но отметим две интересные детали. Во-первых, эта история официально отсчитывается от начала строительства в 1969 году первой в Китае станции приема спутниковых метеоданных. Во-вторых, собственные метеоспутники стали приоритетным направлением китайской космонавтики во многом благодаря тому, что его поддерживали глава Метеорологического бюро Китая Цзоу Цзинмэн (邹竞蒙) и его родной брат, вице-премьер Госсовета КНР Цзоу Цзяхуа (邹家华).
К первому поколению геостационарных спутников относятся аппараты «Фэнъюнь-2», созданные по классической схеме цилиндрического КА, стабилизированного вращением, с одним инструментом для съемки Земли – радиометром S-VISSR. Первый из них был запущен 10 июня 1997 г., а последний – совсем недавно, 5 июня 2018 г. Спутники со стартовой массой 1370-1390 кг выводились носителем CZ-3.
Второе поколение построено на новой платформе SAST-5000 с трехосной стабилизацией. Спутники «Фэнъюнь-4» рассчитаны на использование носителя CZ-3B, они имеют стартовую массу 5380-5400 кг и несут радикально расширенный комплект целевой аппаратуры.
Первый аппарат, известный как «Фэнъюнь-4» №01 (наименование в производстве) или FY-4A (рабочее обозначение), был запущен в ночь с 10 на 11 декабря 2016 г. («Новости космонавтики» №2, 2017) и имел статус научно-исследовательского и экспериментального изделия. После пятимесячных испытаний в точке 99.5°в.д. он был переведен в центральную рабочую позицию китайской группировки геостационарных метеоспутников 104.5° и с мая 2018 г. находится в опытной эксплуатации.
«Фэнъюнь-4B» (FY-4B, он же FY-4 №02) является первым эксплуатационным аппаратом, доработанным по опыту использования предшественника и усовершенствованным в части полезной нагрузки. Его предполагается использовать в точке 123.5°в.д.
Главным конструктором второго КА, как и первого, является Дун Яохай (董瑶海). Основные проектные и конструкторские работы, изготовление и сборка выполнены в 509-м и 812-м институтах SAST. Спутник скомпонован в виде шестиугольной призмы с одной трехсекционной солнечной батареей, вырабатывающей 3200 Вт электроэнергии. Имеется двухкомпонентная двигательная установка для перевода КА с геопереходной орбиты выведения на геостационар и удержания в рабочей точке. Точность ориентации составляет 3’’. Бортовая система управления построена с использованием шины 1553B и Spacewire. Стартовая масса спутника 5400 кг, заявленный срок активного существования – семь лет против пяти лет у FY-4A.
Полезная нагрузка включает семь наименований: три основных метеоприбора, созданных в Шанхайском институте технической физики, ретранслятор метеоданных, аппаратуру для съемки молний, солнечный телескоп и комплекс приборов для мониторинга космической погоды. По составу и возможностям аппаратуры «Фэнъюнь-4» соответствует японским КА «Химавари-8» и -9, американскому GOES-R и европейскому Meteosat Third Generation, а по отдельным параметрам и опережает их.
Многоканальный сканирующий радиометр AGRI (Advanced Geostationary Radiation Imager) – основной прибор КА, разработанный взамен радиометра S-VISSR и используемый для съемки облачного покрова и определения его площади, типа облаков, их высоты и оптической плотности, температуры вершин облаков, а также для вычисления скорости ветра, обнаружения и мониторинга пожаров, вычисления индекса листвы и т.п.
Прибор с механическим сканированием (шагами в направлении север-юг, непрерывно в направлении восток-запад) использует оптическую систему с фокусным расстоянием более 3 м и обеспечивает разрешение от 0.5 до 4 км в 15 каналах видимого, ближнего инфракрасного, коротковолнового, средневолнового и теплового ИК-диапазонов. Полный диск Земли сканируется за 15 минут, в результате формируется «картинка» размером 20000×20000 элементов. Отдельные регионы могут быть отсняты раз в 5 минут.
По сравнению с аналогичным изделием на КА FY-4A добавлен еще один средневолновой канал 7.24-7.60 мкм и улучшено с 4 до 2 км разрешение в каналах 2.1 и 3.5 мкм.
Зондировщик GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder – геостационарный интерферометрический инфракрасный зондировщик) используется для определения температуры морской поверхности, высотного профиля температуры атмосферы, высоты облачности, влажности, скорости ветра, концентраций малых примесей в атмосфере и других параметров.
Прибор построен как интерферометр средневолнового (4.44-6.06 мкм) и теплового (8.85-14.3 мкм) ИК-диапазона с механическим сканированием по двум осям и большим приемником изображения. Зондировщик может работать в двух режимах – наблюдения всей территории Китая (область 5000×5000 км2) и мезоразмерных областей (1000×1000 км2). Кроме того, имеется канал видимого диапазона (0.55-0.75 мкм) для обнаружения облачности с пространственным разрешением 1 км.
По сравнению с первым экземпляром на FY-4B улучшено спектральное разрешение в средневолновом диапазоне с 1.6 до 1.2 см-1 и в тепловом с 0.8 до 0.625 см-1. Как следствие, число каналов увеличилось с 375 до 500 и с 538 до 688 соответственно. Пространственное разрешение GIIRS также улучшено до 12 км по сравнению с 16 км.
Чувствительность GIIRS к вариациям температуры составляет 0.05 К, что вдвое лучше, чем на FY-4A, а погрешность определения температуры не превышает 0.5 К.
Новый региональный быстрый радиометр GHI (GEO High-Speed Imager) предназначен для дневной и ночной съемки отдельных районов с высоким пространственным и временным разрешением. Это дополнительный пятиканальный инструмент видимого и инфракрасного диапазона, основанный на внеосевой трехзеркальной оптической системе и осуществляющий сканирование в пределах области 2000×2000 км один раз в минуту или 1000×1000 км три-четыре раза в минуту. Такие наблюдения мало- и среднемасштабных погодных систем важны для краткосрочных прогнозов погоды.
Пространственное разрешение прибора в видимом диапазоне (0.55-0.75 км) составляет 0.25 км и обеспечено впервые в мире; в ИК-диапазоне обеспечивается разрешение 1 км (средневолновые каналы 1.58-1.64 и 2.10-2.36 мкм) или 2 км (тепловые каналы 6.30-7.60 и 10.30-11.30 мкм).
Прибор LMI (Lightning Mapping Imager) представляет собой ПЗС-камеру, работающую в линии молекулярного кислорода 777.4 нм с пространственным разрешением 7.8 км в подспутниковой точке и с временным разрешением около 2 мсек. Прибор позволяет подсчитывать вспышки молний и измерять их интенсивность. Назначение LMI – получение вспомогательной информации об образовании в атмосфере оксидов азота различного состава, а также о конвективных процессах, осадках и об электрическом поле Земли. Разработчик LMI – 508-й институт Пекинской исследовательской академии космической техники CAST.
Cолнечный телескоп рентгеновского и крайнего ультрафиолетового диапазона SXEUV (Solar X-EUV imaging telescope) обеспечивает съемку солнечного диска с частотой 10 мсек в ультрафиолете и 1 мсек в рентгеновском диапазоне. Пять каналов УФ-диапазона соответствуют линиям FeIX (17.1 нм), FeXII (19.5 нм), FeXV (28.4 нм), HeII (30.4 нм) и Лайман-α (121.6 нм). Поток рентгеновского излучения измеряется в диапазоне 1-10 кэВ.
Комплекс аппаратуры мониторинга космической среды под общим наименованием SEP (Space Environment Package) включает датчик частиц высоких энергий HEPS (High Energy Particles Sensor) и датчики магнитных полей, зарядов и радиации Fields. Разработчиком комплекса является Национальный центр космической науки Китайской АН.
Аппаратура HEPS аналогична по назначению прибору SEM на спутниках «Фэнъюнь-2». В ее состав входят 9-канальный детектор энергичных электронов и 8-канальный детектор энергичных протонов. Первый измеряет поток электронов с энергиями 0.4-4 МэВ в конусе с углом раствора 25°, второй регистрирует протоны с энергиями 1-165 МэВ в поле 60°.
Аппаратура Fields включает феррозондовый магнитометр FGM с пределами измерения 0.01–600 нТ по каждому компоненту, радиационный дозиметр и датчики заряда поверхности. Измерения ведутся с интервалом 0.06 сек.
Аппаратура DCS(FY) предназначена для приема метеоинформации от наземных автоматических метеоплатформ, в том числе дрейфующих в океане. Скорость передачи информации в направлении на борт составляет 100 бит/с.
Системы сбора, передачи и ретрансляции данных, включая антенную подсистему, разработаны Сианьским отделением CAST. На FY-4B система передачи информации модернизирована, в ее состав включен цифровой канал Ka-диапазона.
«Фэнъюнь-4B» передает в режиме времени, близком к реальному, метеоинформацию в формате высокого разрешения HRIT (частота 1681 МГц, ширина полосы 12 МГц). Ограниченный набор информации идет в формате низкого разрешения LRIT (1697 МГц, 2 МГц); этот же канал используется для выдачи предупреждений об опасных метеорологических событиях WAIB. Полный объем метеоданных поступает на китайские приемные пункты в X- или Ka-диапазоне.
Спутник принимает информационные сообщения с китайских и зарубежных автоматических метеостанций DCP на частотах 401.1-401.4 и 402.0-402.1 МГц соответственно. Эти сообщения ретранслируется на приемные пункты на частоте 1688 МГц с шириной полосы 4 МГц.
Второй КА серии «Фэнъюнь-4» первоначально планировалось вывести на орбиту в 2018 г., но этот срок очень быстро съехал на 2019, а затем на 2020 год. Обстоятельства, сложившиеся в 2020 году в связи с пандемией коронавируса, замедлили работу, и в августе было объявлено, что старт перенесен на 2021 год. 2 апреля 2021 г. аппарат прошел приемку на заводе-изготовителе и затем был отправлен на космодром для подготовки к запуску. Старт планировался на 27 мая, но был отложен на неделю – вероятно, вследствие задержки с запуском грузового корабля «Тяньчжоу-2».
В итоге оперативный спутник появился на орбите уже к концу заявленного пятилетного срока службы экспериментального аппарата. Тем не менее разработчики обещают, что два спутника будут некоторое время работать в паре по крайней мере до 2023 г. Это позволит, например, получать не один, а два снимка земной облачности каждые пять минут.
Запуск и начало работы КА, а также ответственность перед третьими лицами были застрахованы Пекинским отделением Народной страховой компании Китая, сумма страховой премии составила 99.68 млн юаней.
Дальнейшая программа по геостационарным метеоспутникам включает изготовление и запуск в 2025-2026 гг. КА FY-4C и FY-4D и двух модернизированных аппаратов FY-4M.
На ракете CZ-3B №Y72 реализовано 17 мероприятий по повышению характеристик, в частности, по двигателям и по регулятору соотношения компонентов на третьей ступени.
Автор: Liss
