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第三部分 论战争武器装备3（第2页）

对地观测卫星为了获取全球图像，星上数据存储能力至关重要。法国斯波特资源卫星是目前国际上最主要的遥感图像来源。据斯波特24计划主管让2皮埃尔·米丹称，如果没有星上数据存储能力，斯波特卫星只能完成其任务的40％左右。

即使有数据中继卫星，在可以通过星一星一地传输方式获取数据的条件下，星（船）上数据存储能力仍是不可缺少的。首先，当飞行器处在地面站接收范围之外，或处于中继卫星的盲区或占线状态时，需要用星（船）载记录器作为缓冲器，暂存星上仪器产生的数据，待飞行器进入地面站接收范围或中继卫星线路可用时，重放数据传回地面。同时，星（船）载记录器还可作为数据率变换器，加速重放，缩短或减少中继卫星与地面站接触时间，以减轻中继卫星的高峰负荷，实现更有效的调度。

航天数据存储技术的特点

航天数据存储技术具有不同于一般信息存储技术的鲜明特点：

1．体积、重量和功耗受到严格限制

2．长寿命、高可靠性——星载记录器一般要求工作寿命3～5年，每年开／关机100000次以上；寿命初期误码率5×10-7，寿命末期达到1O-6。

3．具有极强的生存能力——记录再人参数的导弹记录器和载人飞船应急记录器，要求在极端恶劣的力学环境下，保证记录结果完好无损。触地回收（通常称为硬回收）导弹记录器承受触地瞬间高达200000～300000g的冲击加速度和由巨大动能产生的高温、高压气流的强烈冲击。载人飞船应急记录器，要求能承受1000g、5ms的三向冲击，在1000～1500℃火焰中可坚持30分钟，并能在海水中浸泡30天以上。

4．工作环境苛刻——星（船）载记录器不仅要承受发射阶段的强烈振动、冲击，还要长期工作在飞行轨道的真空、高低温环境中，承受空间的自然辐射，而且不能发生单粒子翻转、闩锁或性能下降。某些空间探测任务还提出了极富挑战性的要求。例如以确定火星上是否有生命为主要探测目的的海盗号计划，为了保证实验的完整性，保护火星环境不受污染，要求火星着陆器内部设备事先经过110~C以上至少持续54小时的高温灭菌。要求船载记录器在白昼温度-29．4℃，夜间低达-87．2℃的火星表面存活90天以上。

5．开发费用巨大，售价昂贵——由于航天数据存储设备技术精密复杂，工作条件苛刻，市场狭小，因而研制周期长，开发费用很大，售价昂贵。70年代初，美国为内行星和行星际空间探测器水星号和火星探测器海盗号着陆器研制船载磁记录器分别投入了316．6万和20万美元开发费，每台记录器价格分别为25万和27．5万美元。一台对地观测卫星记录器的价格约需350～500万美元。

存储容量1～10吉比特的固态记录器的售价目前约需120～160万美元。

航天数据存储技术现状

1．磁记录器

使用星载磁记录器存储数据的历史，可追溯到50年代末。1959年2月17日发射的美国先驱者气象卫星装载了第一台回环式空间磁记录器，可记录50分钟红外观测系统采集的云图，在一分钟内重放完毕，轨道寿命2周。美国于60年代初发射的一系列电视红外观测卫星泰罗斯，大幅度改进了星载磁记录器的设计，要求轨道寿命达到6个月。泰罗斯2于1960年11月23日发射，到1962年5月在轨运行17个月，记录器工作正常。

陆地卫星1～3每颗星装载两台磁记录器，可录放30分钟4兆赫RBV模拟数据，或每秒15兆比特MSS数字数据，存储容量30吉比特，设计寿命为录／放循环4000次。

载人航天飞行从美国第一个载人飞船系列水手号（1961年5月～1963年5月），第二个载人航天器双子星座飞船（1965年3月～1966年11月），阿波罗登月飞行（1969年7月～1972年12月），欧洲第一个可重复使用的载人空间实验室，到美国航天飞机都广泛采用磁带记录器存储数据。挑战者号航天飞机1984年10月5日至13日的飞行任务共载有10台空间磁记录器。此次飞行的主要实验项目是用成像雷达SIR2B绘制地面图形，由高数据率磁记录器（HDRR）暂存，再经过跟踪与数据中继卫星（TDRS）传往约翰逊航天中心。但由于航天飞机的天线瞄准问题和后来TDRS的暂时性故障，HDRR成为获取有效数据的重要来源。

1986年1月28日失事的挑战者号航天飞机使用在正常环境工作的高密度数字磁记录器记录发动机工作参数、座舱环境及航天员的话音。失事后回收时，记录器已在27．5米深的海水中浸泡了6周，外壳破裂，磁带卷板结，已无法使记录层不受损伤地打开。经过复杂周密的特殊处理，读出了90％以上的数据和全部话音记录。

由于受技术发展水平的限制，早期的空间磁记录器曾是美国航天器中最易出故障的部件。据戈达德航天中心等6单位统计，1962～1972年10年问，美国航宇局和美国空军共发射10家厂商生产的空间记录器36种163台，空间运行时间达307435小时，平均故障率116．656／106小时。基于旋转磁头记录技术的陆地卫星1～3星载磁记录器，曾先后出现故障。此后，固定磁头纵向记录技术兴起，不断改进完善，仅仅几年时间就使空间磁记录器成为美国航天器中最耐用、最可靠的部件。1971～1991年，在无人飞行任务中共有135台记录器发射升空，有54台记录器随航天飞机及其有效载荷发射并返回地面，平均无故障间隔＞120000小时。典型深空探测记录器的工作寿命可达到走带32000次，相当于磁带通过磁头运行30000公里，误码率不大10-6。

其中，恒张力弹簧的寿命可达循环60000次以上。用手表发条类比，相当于每天上紧一次，连续工作164年。海盗号着陆器磁记录器设计寿命为在火星表面存活90天。

实际上，在火星轨道器机动燃料耗尽，信号丢失6年之后，记录器仍在工作。

近年来，记录密度更高的旋转头螺旋扫描磁带记录技术发展成熟，开始进入航天工程领域，1993年初，首次在美国航天飞机飞行任务中应用成功。1994年4月20日，美国奋进号航天飞机开始为期11天、行程724万公里的飞行任务，机上装有多国天基成像雷达SIR2C／X2SAR。飞行期间，成像雷达使用3台机载高密度数字旋转头磁记录器记录收集了覆盖5000万平方公里的地面图像数据。SIR2C数据率为180兆比特／秒，X-SAR数据率为45兆比特／秒，总数据率达225兆比特／秒，数据量约32×1012比特。航天飞机共携带了160盒磁带。

我国星载磁记录器的研制工作起步于60年代。装在返回式卫星回收舱内的星载磁记录器，用于记录返回段至触地段的全部工程参数及监测信号。1975年11月26日发射的返回式卫星装载的磁记录器在接近硬回收的条件下，仍成功地回收了记录磁带，取得了宝贵的数据。

风云一号（01批）气象卫星装载的磁记录器于1990年9月3日发射上天。两台星载磁记录器一台在轨工作，另一台在轨备份。一年后进行在轨测试，两台记录器工作正常。

由记录器记录／重放的延时云图清晰度接近美国泰罗斯2N／诺阿卫星的数字化甚高分辨率实时传输云图的水平。经星载磁记录器记录回收得到的工程遥测数据，为分析卫星姿控系统故障原因提供了重要依据。

目前正在为资源一号卫星、风云一号（02批）卫星等三种卫星研制星载磁记录器。

其中，资源一号皇载记录器数据率53兆比特／秒，存储容量47吉比特，已转入初样生产。

风云一号（02批）星载记录器目前已转入初样生产。

2．固态存储

以固态存储器件为基础的固态记录器进入空间应用领域大体上始于70年代末。1979年，德国道尼尔公司为哈勃空间望远镜微光相机研制的图像／事件存储器，由4K组成，存储容量4兆比特，数据率10兆比特／秒，功耗15瓦。1990年开始在轨运行。

受器件存储密度的限制，早期固态记录器的容量很小，价格昂贵。随着固态器件存储密度的飞速提高，80年代末在低地球轨道商业卫星成像系统对于数据存储不断增长的强烈要求驱使下，各厂家开始竞相研制星载大容量固态记录器。这些研制工作最初都以取代磁带记录器为目标，对用户完全透明，其外形、安装、功能与磁记录器完全相同。例如，美国费尔柴尔德空间公司以256K为基础，为极轨地磁测量卫星POGS（STPP8722）研制的固态记录器，存储容量512兆比特（最大16．4吉比特），1990年4月发射。

该公司的固态记录器还用于戈达德航天中心的其它一些飞行计划。

我国从70年代末开始研制弹载、箭载和星载固态记录器。弹、箭载固态记录器主要用于级间分离、滑行段及再人段遥测信号的延时传输；星载固态记录器主要用于记忆重发地球背面参数。它们大多为遥测系统配套产品，容量较小。

实践四号卫星星上遥测设备中的固态记录器采用256千比特CMOS静态随机存取存贮器（SRAM）器件，存储容量2兆比特。星上配置两台，一台实时工作，另一台热备份。任务要求寿命0．5年，每天工作24小时。

1994年2月4日发射，在半年工作期间，从未出现单粒子翻转或单粒子闩锁事件。实践四号在轨工作一年后，于1995年2月17日测试，固态记录器仍然工作正常。

3．磁盘与光盘