星簇2号

从北黄极视角显示星簇2号卫星自2004年3月21日来一周内的飞行轨迹。网格线表示地球弓形激波（绿色外层）和磁层（蓝色内层）的平均位置。由于地球环太阳运行，在该照片中，卫星轨道似乎在旋转，太阳位于上方。

这四颗完全相同的星簇II号卫星组队环绕地球飞行，以研究太阳活动对地球空间环境的影响。该任务是太空探测史上首次能够收集有关太阳风如何与磁层相互作用并影响包括极光在内的近地空间及其大气层的三维信息。

这些卫星外形为1.3米高、直径2.9米的扁平圆柱体（查看在线三维模型 Archive.is的存檔，存档日期2012-07-07），质量1200千克，其中包括650千克的推进剂和71千克的仪器，以每分钟15圈的自旋速度保持稳定。发射后，圆柱体侧面覆盖的太阳能板可为仪器（47瓦）和各种设备（特别是通信）提供224瓦的电力，剩余电能将储存在5块总容量为80安时的镉银电池中。由于高能带电粒子的损害，太阳能电池板的功率会随着任务的进行而逐渐下降，但事前已计划好其功率水平足以保障探测操作。四颗卫星都安装有一台400牛顿的主推进器和8台10牛顿的小型火箭发动机，燃料为联氨和过氧化氮混合物。主引擎用于将卫星送入工作轨道上，然后调整与其他三颗卫星的距离，相距4公里到10000公里不等，机动组成各种四面体队形以研究磁层结构和边界。一旦进入轨道，卫星将展开多根天线和电缆：2根通信天线、2根5米长的仪器传感器杆、4根50米长用于电场和波实验的径向延伸电缆，卫星平台设计至少运行5年[4][5]。

卫星高度椭圆的轨道最初抵达约4倍地球半径（R_E=6371公里）的近地点和19.6倍的远地点，每圈轨道运行时间约需57小时。卫星轨道将随着时间的推移发生改变，拱顶线逐步向南旋转，使得轨道穿过磁尾电流片的距离逐渐减小，并可对所穿越纬度的大范围白昼侧磁层顶进行采样。引力效应使近地点（和远地点）距离发生了长期变化，2011年，近地点缩减至数百公里，然后又开始上升，轨道平面已偏离了90度倾角，欧洲太空营运中心的轨道修正也将卫星绕轨周期改为了54小时，所有这些变化使得该卫星群能够探访比最初两年任务更广的一系列重要磁层区，从而扩大了任务的探测范围。

欧洲太空营运中心（ESOC）进行遥测并将来自卫星的科学数据分发到在线数据中心。位于英国卢瑟福阿普尔顿实验室的联合科学运营中心（JSOC）负责协调科学规划，并与仪器团队合作，向欧洲空间业务中心提供合并的仪器指令请求。

星簇卫星科学档案是欧空局星簇和双星科学任务的长期档案。自2014年11月1日起，它是星簇任务科学数据和支持数据库的唯一公共访问点。双星数据可通过该档案公开获得。星簇卫星科学档案馆位于西班牙马德里附近的欧洲空间天文中心内欧空局所有其他科学档案馆旁。从2006年2月到2014年10月，可以通过星簇卫星科学档案 （页面存档备份，存于）访问星簇卫星数据。

星簇卫星任务于1982年被提交给欧空局，并于1986年与太阳和日光层观测台（SOHO）一起获得批准，这两项任务共同构成了欧洲航天局地平线2000计划的日地物理学“奠基石”任务。 尽管最初的星簇卫星于1995年完成，但由于1996年携带卫星的阿丽亚娜5型火箭爆炸，使任务被推迟四年，以重新研制新的仪器和卫星。

2000年7月16日，一枚从拜科努尔航天发射场发射的联盟-弗雷加火箭将两颗替代的星簇2号卫星（萨尔萨号和桑巴号）送入停驻轨道，在那里它们以自身动力机动到环绕期为57小时的19000×119000公里轨道。三周后的2000年8月9日，另一枚“联盟-弗雷加”火箭将其余两颗卫星（伦巴号和探戈号）送入相同的轨道。1号卫星“伦巴”也被称为凤凰卫星，因为它主要是用原任务失败后剩下的备件所制造。四颗在轨卫星经设备调试后，于2001年2月1日展开了首次科学探测。

欧洲空间局在所有欧空局成员国中举办了一场卫星征名大赛[6]，来自英国的雷·科顿以伦巴、探戈、萨尔萨和桑巴等名称赢得了比赛[7]。雷居住的市镇布里斯托尔被授予微缩版卫星模型，以表彰获奖作品以及该市与卫星的联系[8][9]。在摆放多年后，它们最终在卢瑟福·阿普尔顿实验室找到了自己归宿。

该任务原计划只持续到2003年底，现已多次延期。第一次从2004年延至2005年，第二次从2005年延至2009年6月，目前该任务已延长至2020年底[10]。

地球磁层示意图，太阳风从左向右吹。弓形激波(Bow shock)、偏转的太阳风粒子(Deflected solar wind particles)、射入的太阳风粒子(Incoming solar wind particles)、磁鞘(Magentsheath)、磁尾(Magentotail)、中性层(Neutral sheet)、等离子片(Plasma sheet)、极尖区(Polar cusp)、范艾伦辐射带(Van Allen radiation belt)。

以前仅靠一、两颗卫星飞行任务无法提供准确研究磁层边界所需的数据，由于组成磁层的等离子体无法用遥感技术进行观测，因此必须使用卫星进行原位测量。四颗卫星使科学家能够进行所需的三维辨时测量，以创建磁层区域之间以及磁层和太阳风间所发生的复杂等离子体相互作用的真实图像。

每颗卫星都携带了11台探测仪器，旨在研究关键等离子体区时空内的小尺度等离子体结构：太阳风、弓形激波、磁层顶、极地尖点、磁尾、等离子层边界层以及极冠上空和极光带。

• 弓形激波是地球和太阳之间的空间区域，在那里太阳风在绕地球偏转之前从超音速减速到亚音速。在穿越该区域时，卫星进行测量以帮助描述发生在弓激波中的作用过程，例如异常热流的起源和穿过来自太阳风的弓形激波和磁鞘传播的电磁波。
• 弓形激波的背后是分隔地球和太阳风磁场的薄等离子体层，称为磁层顶。因太阳风压的不断变化，该边界也在不断移动。但由于太阳风和磁层内的等离子体和磁压分别应处于平衡状态，因此磁层应该是一层不可穿透的边界。然而，现已观察到等离子体从太阳风中穿过磁层顶进入磁层的现象。 星簇2号卫星的四点测量使得追踪磁层顶的运动以及阐明太阳风中等离子体的穿透机制成为可能。
• 在北半球和南半球两个地区，地球磁场与磁层顶垂直而非相切。这些“极地尖点”允许由离子和电子组成的太阳风粒子流入磁层。星簇2号卫星将记录粒子的分布，从而可以描述外部尖点的湍流区域。
• 被太阳风吹离太阳的地球磁场区域统称为“磁尾”，长度跨越月球的两个裂瓣构成了外磁尾，而中央等离子片则形成高度活跃的内磁尾。星簇2号卫星将监测来自电离层的粒子和太阳风，因为它们穿过了磁尾瓣。在中央等离子体片中，卫星将测定离子束的起源以及由亚磁暴引起的磁场向电流的紊乱。
• 大气层中沉淀的带电粒子在磁极周围形成了一圈辐射光环，称为“极光带”，星簇卫星将测量该区域不同时间的瞬态粒子流及电场和磁场的变化

星簇2号卫星上的仪器

四颗星簇2号卫星中的每颗都携带了11台相同的仪器（总质量71 公斤），其功能如下表所示。 这些仪器一方面测量电场 (E) 和磁场 (B) 的强度和方向；另一方面测量构成等离子体的电子和离子的密度与分布。

2003年和2004年，中国国家航天局发射了双星卫星"探测1号"(TC-1)和"探测2号"(TC-2)，该任务与星簇2号卫星合作，主要在磁层内进行协作测量。探测1号于2007年10月14日停止运行，探测2号则在2008年发回最后一次数据，探测2号对磁星[11][12]以及磁层物理学研究做出了贡献研究做出了贡献。探测1号检测了地球弓形激波附近的密度洞，这些密度洞可能在弓形激波的形成中发挥了作用[13][14]。此外，它还观察了中性层的振荡[15]。

星簇团队奖

• 2019年 皇家天文学会团体成就奖 （页面存档备份，存于）
• 2015年 欧空局15周年纪念奖
• 2013年 欧空局团队奖
• 2010年 星簇和双星团队获得国际宇航学会团队成就奖 （页面存档备份，存于）
• 2005年 欧空局星簇任务五周年奖
• 2004年 美国宇航局团体成就奖
• 2000年 最佳科普新品奖
• 2000年 欧空局星簇卫星发射奖

个人奖

• 2020年，“丹尼尔·格雷厄姆”（瑞典乌普萨拉空间物理研究所）被授予国际空间研究委员会泽尔多维奇奖章 （页面存档备份，存于）；
• 2019年，星簇卫星磁通门磁力计项目协作研究员“玛格丽特·加兰·基维森”(美国加利福尼亚大学洛杉矶分校)获得皇家科学院金质奖章 （页面存档备份，存于）；
• 2018年，前星簇卫星地面工作组组长“赫尔曼·欧普根诺思”（瑞典于默奥大学）被授予马塞尔·尼科莱男爵空间天气和空间气候奖 （页面存档备份，存于）；
• 2016年，星簇卫星离子谱仪项目协作研究员“斯蒂芬·福斯勒”（美国西南研究院）获得欧洲地球科学协会汉尼斯·阿尔文奖章 （页面存档备份，存于）；
• 2016年，星簇任务科学操控专家“迈克·哈普古德”被授予马塞尔·尼科莱男爵空间天气和空间气候奖 （页面存档备份，存于）；
• 2014年，星簇卫星离子谱仪/电子漂移器/磁通门磁力计项目协作研究员“中村留美”（奥地利空间研究所），获得欧洲地球科学协会朱利叶斯·巴特尔斯奖章 （页面存档备份，存于）；
• 2013年，星簇任务联合科学运营中心项目科学家“迈克·哈普古德”（英国卢瑟福阿普尔顿实验室）获得卢瑟福阿普尔顿实验室服务奖；
• 2013年，电场和波实验仪项目协作研究员“戈兰·马克隆德”获得2013年欧洲地球科学协会汉尼斯·阿尔文奖章 （页面存档备份，存于）；
• 2013年，星簇任务地面运营代表“史蒂夫·米兰”获得英国皇家天文学会查普曼奖章；
• 2012年，星簇和双星卫星等离子体电子和电流探测器项目首席研究员“安德鲁·法扎克利”获得英国皇家天文学会查普曼奖章 （页面存档备份，存于）
• 2012年，自适应粒子成像探测器研究设备/星簇离子谱仪/磁通门磁力计项目协作研究员“濮祖荫”（中国北京大学）获得美国地球物理联合会国际奖 （页面存档备份，存于）；
• 2012年，星簇卫星宽带数据设备项目首席研究员“乔琳·皮克特”（美国爱荷华大学）获得爱荷华州摄政委员会优秀员工奖 （页面存档备份，存于）；
• 2012年，磁通门磁力计项目协作研究员“乔纳森·伊斯特伍德”（英国伦敦帝国学院）获得国际空间研究委员会雅科夫·泽尔多维奇奖 （页面存档备份，存于）；
• 2008年，磁通门磁力计项目协作研究员“安德烈·巴洛格”（英国伦敦帝国学院）获得英国皇家天文学会查普曼奖章 （页面存档备份，存于）
• 2006年，星簇任务英国数据系统科学家和等离子体电子和电流探测器项目协作研究员“史蒂芬·施瓦茨”（英国伦敦玛丽王后大学）获得英国皇家天文学会查普曼奖章 （页面存档备份，存于）。

截至2021年10月31日，所有与星簇和双星任务有关的3522篇出版物都可以在 欧空局星簇探测任务网刊物区 （页面存档备份，存于）找到。在这些出版物中，有3029篇参考刊物、342篇论文、121篇博士论文和30篇其他类型的论文。

• Escoubet, C.P.; A. Masson; H. Laakso; M.L. Goldstein. . Annales Geophysicae. 2015, 33 (10): 1221–1235. Bibcode:2015AnGeo..33.1221E. doi:10.5194/angeo-33-1221-2015 .
• Escoubet, C.P.; M. Taylor; A. Masson; H. Laakso; J. Volpp; M. Hapgood; M.L. Goldstein. . Annales Geophysicae. 2013, 31 (6): 1045–1059. Bibcode:2013AnGeo..31.1045E. doi:10.5194/angeo-31-1045-2013 .
• Taylor, M.; C.P. Escoubet; H. Laakso; A. Masson; M. Goldstein. . H. Laakso; et al (编). . Astrophysics and Space Science Proceedings. Astrophys. & Space Sci. Proc., Springer. 2010: 309–330. ISBN 978-90-481-3498-4. doi:10.1007/978-90-481-3499-1_21.
• Escoubet, C.P.; M. Fehringer; M. Goldstein. . Annales Geophysicae. 2001, 19 (10/12): 1197–1200. Bibcode:2001AnGeo..19.1197E. doi:10.5194/angeo-19-1197-2001 .
• Escoubet, C.P.; R. Schmidt; M.L. Goldstein. . Space Science Reviews. 1997, 79: 11–32. Bibcode:1997SSRv...79...11E. S2CID 116954846. doi:10.1023/A:1004923124586.

• 欧空局星簇任务网站 （页面存档备份，存于）
• 星簇探测档案，星簇和双星任务公共数据档案
• 有关航天器操作的更多信息 （页面存档备份，存于）
• 欧空局星簇任务推特账户 （页面存档备份，存于）
• 伦敦帝国理工学院在星簇任务中的作用 （页面存档备份，存于）
• 伦敦大学学院马拉德空间科学实验室在星簇任务中的作用 （页面存档备份，存于）
• 星簇卫星：极光探索者，2011年皇家学会夏季展会展览 （页面存档备份，存于）
• 星簇卫星活动存档 （页面存档备份，存于）（以前的公共数据存档，截至2014年）