作者：太空精酿

本人航天领域，这个领域号称是工业的皇冠或皇冠上的明珠这些，那我也来介绍一颗自己研究的卫星，ESA（欧洲空间技术研究局）的GOCE卫星（重力场和稳态海洋环流探测）。  导师全程参与了这个项目的论证、管理及科研工作，本人也做过很多研究，跟大家说起来也得心应手。

这颗卫星是2009年3月27日发射的。最主要作用是详细测量地球重力场，2013年已经返回地球了。

众所周知，地球不是个球体，但也不是个椭球，而是个异常复杂有着不同重力分布的奇怪物体，如果按照重力场的异常/变化去画，地球基本上是这个样子的（注意，这个并不代表地球的真实形状）

而且这个重力场还是在不断变化的。为了获得如此精细的测量信息： 1.卫星自然不能飞得过高，就好比拿尺子测桌子长度必须紧贴在上面一样； 2.卫星必须得带超高精度的尺子，千分尺肯定比米尺读出来的有效位数高，这个显而易见了。

那么，这颗卫星就飞在了250千米高的轨道上，这个轨道忒低了，一般卫星进入这个就变成了自杀模式：这个高度上的空气密度虽然只有地球表面一亿分之一不到，但由于卫星飞的速度在7km/s以上，依然有“比较大”的摩擦力。这个力对最小的生物几乎都不会有影响，但对卫星寿命影响很大，会导致卫星轨道降低提前失效返回地球。

对于GOCE卫星而言，这个摩擦力也会影响重力测量仪器，所以要把它修正掉。用的是一种叫做等离子发动机的东西。

它利用电离的氙，在电磁场里加速到40000m/s的速度喷出去，产生反作用力形成推力，帮助GOCE卫星实时抵消空气阻力。 整个过程是全自动的，它的作用力大概在毫牛顿级别。这个力的大小大概相当于你喝牛奶时一滴奶不小心掉到了地上，然后它这个落地的冲击力用来推送这颗将近15个你（你有60公斤？）体重的卫星去克服阻力飞行。只用了40公斤氙燃料，整个任务期间全程保持发动机开动，推了这颗卫星四年时间！燃料用完，卫星两个月就被大气拖回地球了。都说了，它最重要的还是为了测量重力，既然飞了这么低，肯定要用超级精密的“尺子”来丈量地球啊。用的是下面这个重力梯度仪。

这玩意全世界只有一家欧洲的公司能造出来，连美国人都不卖，因为这个东西实在太可怕了。它可以测量到十亿分之一的重力，这是个什么概念呢？

大概是一片雪花落到了一艘百万吨的巨轮上，对巨轮产生的加速度。  这是欧空局官方介绍ppt中的例子，这个精度实在是匪夷所思！

那么这么多精密的仪器在测量，咱们怎么也得精确知道卫星的位置吧，毕竟没有精确位置信息的测量数据都是木有用的。咱们就用GPS，这也是我做的课题：用GPS给这些卫星确定位置。

这颗卫星每90分钟就绕着地球飞一周，中间跟你隔着大气层和各种干扰因素。就在这种情况下，利用这些飞得高的（20000千米）卫星去定位飞的低的（250千米），我都能把这颗卫星的轨道精度定在了2厘米以内。

是的，是2厘米！

上面这几个字长度就大概两厘米长。 但卫星一秒就飞了7000多米。为了获得这个精度，先不说必然要考虑的地球月球太阳引力、卫星的各种建模、太阳光压、地球潮汐了，就连大气潮汐、地球反射的太阳光造成的光压，都要考虑进去。

为啥我知道是50px精度，打激光啊，全球有几十个激光站，每个都在24小时自动工作，时时刻刻都在往天上打激光，检验这些卫星的位置精度。这些激光的准度在1毫米以内。

那咱们也不能光知道位置啊，还得知道卫星的角度，咋办？

用下面这个叫做恒星敏感器的东西。

看起来相貌平齐？ 这玩意说起来也简单，对着太空拍照，拍下来之后跟自己存的宇宙背景图对比，然后就知道自己的姿态信息了。 这个精度在角秒级别！！！没概念？ 圆的一周是360度，每一度都是3600个角秒。所以它的精度在3600分之一度这个级别上，别挤眼了，你用肉眼是不可能看出这个级别的。这还没完，它还全身各种微冲发动机、热控措施更是举世无双，但太专业就不跟大家多说了。大家可以想象它能做出什么样的结果？随便举几个例子，地球重力场按切蛋糕一样慢慢研究，就先分个1000乘1000吧，9,8的重力加速度不准确，咱们再往后来个10位有效数字？ 格陵兰岛、南极这些地区的冰川，能分成N多区，每个区域融化速度不同、甚至有的在变厚；电离层突发的闪烁和干扰，各种你从来没听说过的大气现象；今年夏季亚马逊雨林的下雨量要比往年少了XX亿吨；印度干旱、加州农业灌溉导致的地下水流失，三峡大坝对周边重力的影响；东日本大地震后地震波对大气密度的波动；荷兰今年冬天温度不对，咱们看看加勒比海的洋流是不是不正常？这次厄尔尼诺现象，跟往年不太一样，至少差出几千万平方公里吧，分别是XX、XX区域。  

简直太多科学应用了！  

  人类是这个世界最伟大的生物，看他们造出来的东西就知道了！