「叔叔，晚上能看見人造衛星嗎 ？」
「藉助望遠鏡是可以看見的，而且最好是在傍晚呢！」國慶期間，記者在北京天文館聽到一位小學生與講解員的對話。
此時，一連串的問號閃現在記者的腦海裡，夜幕下的星空，人造衛星是以怎樣的姿態在運行呢？
看似「高大上」的人造衛星，為了保持運行穩定，主要有兩種運行姿態：一類是自旋穩定，另一類是三軸穩定。此外，還有大自旋穩定姿態等。
「拿自旋穩定姿態來說，人造衛星圍繞其自身的中心軸在旋轉，和陀螺的原理一樣，旋轉起來才能穩定。」「風雲」系列靜止軌道氣象衛星地面應用系統副總工程師郭強介紹，「它的原理是利用衛星繞自旋軸旋轉所獲得的陀螺定軸性，使衛星的自旋軸方向在慣性空間定向。」一般來說，自旋穩定的衛星可以達到每分鐘100轉左右，只有這樣才能在慣性空間運行穩定，對地觀測相對穩定。美國和歐洲一些國家的第一代靜止氣象衛星均採用了該技術。目前我國在軌運行的「風雲二號」系列靜止氣象衛星也採取自旋穩定的方式。
由於衛星在不停地旋轉，導致自旋穩定的衛星觀測地球的視角很小。「靜止人造衛星距離地球36000公裡左右，地球的半徑為6400公裡，根據其旋轉速度，那麼也就只有20度左右的視場，也就是360度旋轉一圈，只有5%左右的時間能看到地球。」郭強介紹說，「可以說，自旋穩定衛星的觀測效率是很低的。」
隨著人造衛星探測技術的進步，三軸穩定技術的研究成功，使得觀測效率大大提高，理論上的觀測效率為100%。郭強說：「由於探測技術的需要，在觀測時，我們需要觀看一部分冷空，也就是背景。即便是這樣，觀測效率也可達80%左右。也就是說，在有限的時間裡看得慢一些，這樣我們可以獲得具有更高信噪比的衛星觀測雲圖。」
三軸穩定姿態類似於在我們所熟知的X、Y、Z軸坐標系下，將衛星固定住，在飛行時對其相互垂直的三個軸進行控制，任何一個軸都不會產生超出規定值的轉動和擺動，這樣衛星就可以長時間地對地觀看了。郭強舉例說：「像利用單眼相機一樣，如果我們拍攝星空，需要長時間曝光。那麼，三軸穩定衛星就可以利用該原理，觀測閃電事件、開展高光譜探測了。」
正是因為它適用於在各種軌道上運行的、具有各種指向要求的衛星，所以衛星的返回、交會、對接及變軌等過程也應用此技術。歐洲第三代靜止氣象衛星MTG、美國第二代靜止氣象衛星GOES-R以及我國第二代靜止氣象衛星「風雲四號」氣象衛星均採用三軸穩定姿態。
值得一提的是，歐洲第二代靜止氣象衛星採用的是大自旋穩定姿態。據郭強介紹，按嚴謹的表述，大自旋穩定姿態也是自旋穩定姿態，只不過衛星的平臺比較大。從觀測的角度來說，就是將其鏡頭變大，同一時段獲得的能量變多。
那麼未來，三軸穩定姿態的衛星給我們的觀測帶來了哪些期許呢？郭強介紹：「我國正在研發的『風雲四號』氣象衛星將搭載閃電成像儀和高光譜探測儀。」正是由於其姿態控制方式、燃料供應以及搭載儀器的不同，三軸穩定衛星比自旋穩定衛星載重要大得多。
眾所周知，人造衛星除了靜止衛星還有極軌衛星，而極軌衛星對地只有900公裡左右，圍繞地球南北兩極運行，一般採用三軸穩定姿態。「同樣是採取三軸穩定姿態，靜止衛星比極軌衛星的要求要高得多。」郭強強調，「在對地觀測解析度為1公裡時，靜止衛星的姿態穩定度要求將是極軌衛星的40倍。所以，這對衛星本身的技術要求更高一些。」（張靜）
（來源：《中國氣象報》2014年10月13日三版 責任編輯：張林）