浩瀚无际的海洋表面，是形成世界上最重要最恶劣气候现象的始源处，也是宇宙间两大流体（海水与大气）的交界部。当能量（以热成动能的形式）从一种流体向另一种流体流动时，便随之产生为人类详知不多的某些气象因素。例如，太平洋上每4年出现一次的“埃尔尼诺”效应，能使洋面温度发生几度的变化，从而导致世界性的气候反常。

1990年春手，欧洲太空局将发射一枚装有监测海洋表面各种气象因素的测试仪器的气象监测卫星——ERS-1气象卫星。这是欧洲太空局的第一颗遥测卫星，它将在法属圭亚那的库鲁（Kourou）太空试验中心升入其极坐标轨道运行。

这一耗资4亿英镑、复杂且雄心勃勃的卫星发射计划，只不过是一系列重大太空气象研究的序曲，它的运行成功将向人们展示全球性监测描绘海洋表面状态的地球物理学参数给人类带来的好处，从科学研究的角度来看，ERS-1收集的各种数据可使人类详尽地了解影响全球性气象的始源——大气层与海洋表面结合处的诸多内幕。

和关于大气环境的结构、性质等问题的科学课题一样，ERS-1将为未来对外层空间的商业性开发做出重要的尝试，显示所收集数据对世界气候的影响，以及能否在3个小时之内连续且稳定地获得之、并在广泛的商业业务（如天气预报、海运通告等）中应用。江出从太空中观测地球，是地球物理学研究领域的一种新手段。由于测距十分遥远，大气层的干涉因素很多，测得数据可能不甚准确，但是卫星观测毕竟是全球性的，综合性的。在地球上不易接近的气象区域通过卫星观测可以获得和易接近区域相同的监测效果。卫星从根本上改变了观测者立足地球视野不广阔的缺陷。气象卫星可以在极大的范围内对气候现象的变化做全面的透视观测和分析。

ERS-1的主要监测范围是占地球表面积绝大部分的海洋表面，主要测量参数有海浪高度、海洋风向、风速以及洋面平均高度上的温度。海洋表面是大气层和地球水表面间的动态体，其界面是不断变化着的。两省间的边界状态取决于相互影响的方式，主要是热和动量的传导。这些因素都是影响全球气象的主要因素。做天气预报就要连续地把这些测得数据输入到模拟全球气候的大型电子计算机中。

ERS-1的主要目标是进行世界气象因素的探测分析，并进行初步商业性开发研究。卫星仪器站有五种主要探测仪器，安装在太空架（即多用飞行平台）上，其重量有两吨左右。太空架是一个体积较大而且较为复杂的构件体，卫星的动力、导航，推近及运行轨道调整系统也都集结其上。

ERS-1仪器站重量约占整个卫星重的一半，其中有以两台科学仪器为辅助设备的“运行微波雷达”。这种规格最大且分辨率最高的雷达是一种电子显像管电子束孔雷达（SAR）。SAR应用“小孔合成”原理，可以在细节上重新组合地球表面的图像，其分辨率在25米左右。

开生SAR的图像清晰度比10米线性天线雷达高得多，可以在任何天气情况（晴天或阴天）任何时间（白天或夜晚）连续工作。遗憾的是，由于波的运动等原因，SAR显示的图像有定程度的失真变形。尽管如此，这种雷达可以处理数量极其庞大的气象信息，对许多潜在用户有着很深的诱惑力。

ERS-1上有一个可以从三个角度观测地球目标的微波雷达——扫描仪。扫描仪有三个分离的线性天线。在无风湖面上荡舟的人，可以根据水波的扰动估测出阵风的强度和方向。这一简理可以推广到海洋表面反射量的测量中去。扫描仪就是根据这一原理工作的。

卫星上的第三个微波雷达是在13.5千兆赫高频上工作的测高仪。测高仪对地球表面目标的测高精度可达到几个厘米，通过对返回波波形、波长的分析计算，测高仪可以确定洋面上海浪高度和洋面的粗糙度，并从这些数据中计算出海洋表面的风迷。

除了上述三个雷达之外，ERS-1还将携带着两套太空实验仪器。一是无线电轨道扫描仪（ATSR）——测量红外波及微波强度的高灵敏度温度测试仪器。ASTR由Rutherford Appleton实验室下属的不列颠研究所负责提供。ASTR将应用红外和微波技术测量海面温度，是一个目标定、对地球表面温度传感遥测的高精度测温仪、ASTR从两个不同的角度对地球表面的观测，可以校正在大地对卫星间的大气层所产生的介质效应。在测量海洋表面温度时，同时可得出大气层的效应值。ATSR对洋面温度的测量误差不超过一度。

ATSR有两个特点，一是它将应用伦敦大学Mullard太空科学实验室制造的“黑匣子”对，这将有效地保持极高的标定精度。黑匣子对是专门设计在特定热环境中工作的太空实验仪器，测温精度可达到十分之一度。ATSR-1的另一大特点是将用廉价的液体致冷剂和微型机械冷却器把探测器温度冷却到70°K左右。冷却器应用Stirling循环原理，是一个在闭环系统中传导热量的热动力循环系统。该冷却设备可以在特定的太空环境中工作，有较长的使用寿命。它是牛津大学和Rutherford Appleton实验室联合研究的最新产品。

ERS-1上的另一套太空科学实验仪器是由西德提供的X－带搜索实验仪。为了有助于卫星定位，卫星上还将配备一个被动激光反射器。

ERS-1将在一个平均高度为777公里的极坐标轨道中运行。轨道与赤道平面的夹角为98.5°，运行周期100分钟。其高度、夹角以及无重力环境使轨道平面的旋进速度和地球相对于太阳轴线的速度相同，这就是所谓的“太阳同步”轨道。也就是说，卫星总是在同一当地时间经过地球上的某一位置。所以，ERS-1可以在24小时内对地球上各点观测一次。实际上，在白天的北 - 南（升弧）轨道和夜晚的南 - 北（降弧）轨道运行时，每24小时内可以观察两次。

ERS-1卫星将携带的仪器只不过是其庞大控制系统中的一部分，和火箭的接触受安装在高海拔位置的“地面控制部分”的控制。其地面控制部分由遥测站，指令站、飞行控制中心和信息处理网络组成。

卫星运行成功与否取决于地面控制站与卫星之间每个周期至少要进行一次的信息数据交换。ERS-1用磁带记录所采集的数据，磁带记录器只能储存一个运行周期的数据。由于气象因素是不断变化着的，当卫星把数据传送给地面站时，其中有的数据可能已经过时了。如果这些数据还有某些用途，也应进行处理传送。

ERS-1上的雷达测高仪测量海平面高度的精度具有两个重要科学意义。一是可以准确地确定海洋流是否存在，海洋流可以借助作用于流水的地球自转偏向力提高洋面高度的局部变化。另一个用途（也是空间科学研究领域所发现的最令人瞩目的用途之一）是确定地球引力场对海洋表面高度的细微变化值。

实际上，在对潮汐效应，并对影响海平面高度的海洋流校正之后，海洋表面平均高度可以确定在一个恒定的重力势值上。

卫星测高仪的运行轨道精确度较高，可以比较准确地绘制出整个重力曲面图。测高仪可以自行消除海洋风和潮汐对海洋表面平均高度测量的影响。

对地球重力曲面的测绘将是对ERS-1采集数据进行系统分析的尝试。洋面高度图和海底地形图应该是一致的。这是因为地下地形学的某些特征引进的地球引力场局部紊乱在海洋表面的反映。地下潜沟，海丘、海脊和断层都有各自的局部引力场，它们都会引起海洋表面高度的局部微量变化。

这一精度较高的定量地球物理学测量技术是实验科学史上最重要的进步之一，也是目前唯一从太空测量海洋面高度的技术。ERS-1测高仪可以多次重复测量，使测得值不断精确化。通过全球性综合观测获得的数据是深水测量学研究的重要资料，若用其它方法测量这些数据是非常困难，代价也极其昂贵。

ERS-1将为新一代的地球卫星观测技术的发展打下良好的基础。

[New Scientist，1988年5月5日]