给力的新一代重力卫星
监测地球重力场的GRACE卫星
监测地球重力场的GRACE卫星据《美国太空总署新闻》报道，美国太空署一项研究计划将再度带领人类探索重力的奥秘。
这项命名为GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)的任务，将持续５年精确记录地球重力场的变化。
预计于2001年年底前发射升空的GRACE，包含两个完全相同的卫星，这两颗卫星将在轨道上相距220公里，并且在距离地面500公里的轨道上运行。
卫星上配置的精密科学仪器，能够精确测量两颗卫星之间的距离，进而侦测出重力场的变化。
科学家指出，GRACE 所获取的资料将会彻底改变人们先前对于地球构造、海洋与气候的认知。
研究人员表示，重力有两项迷人的特质。
首先就是它的恒常性。
地球是一颗十分均匀的球体，重力几乎在各处都相同。
在地球上不同地点，你所量到的体重都差不多。
不过，如果你仔细观察，你会发现其中某些变化。
GRACE就是打算对重力场的变化进行非常高精度的测量，这样的测量对于海洋学家来说十分重要。
他们想要知道所见的海洋地形，其中有多少是由重力而非洋流塑造而成。
另一个让科学家感兴趣的特质就是，重力不是永久不变的，而是会随着时间而改变。
例如，地球极区的冰在过去比较多，这些冰的重量让地球在两极的方向较为扁平。
现在由于部分的冰融化，原本被重压的陆地反弹而上升，例如加拿大北部就正在上升中。
这使得地球变得更接近完美的球体，这点可由重力场的变化而得到印证。
因此，地球内部一些极为缓慢的变化的同时也会造成重力场发生变化。
重力随时间的变化正是GRACE所要监测的目标。
通过GRACE精确的测量，人们将能够得知地下水层的深度，并且实际看到海平面的变化。
此外，人们也将能够测量出冰层的重量。
科学家指出，这是一门全新的学科，人们正要开始发掘它的应用。
重力测绘卫星(GRACE )从3月开始，在500公里的高空，两颗相距220公里的卫星开始测量地球各地的微小重力差异，这些细微的引力变化将导致 GRACE 双星距离的变化。
中九卫星最最新参数
中九卫星最最新参数中九卫星是中国的一颗科学试验卫星，也是国家航天局与中国科学院合作开展的科学试验卫星项目之一、它的主要目标是为科学家们提供一个研究空间中物理和生物学现象的平台。
该卫星采用“双星双链”构型，包括一颗低轨道卫星和一颗地球同步轨道卫星。
中九卫星最早于2024年12月28日发射，但是由于技术问题，该卫星于2024年1月5日发射的火箭发生异常，无法进入预定的航天器轨道，导致任务失败。
后续中九卫星再次进行技术升级和调整，并于2024年6月15日成功发射入轨。
中九卫星的主要参数如下：1.卫星质量：中九卫星的总质量为4500千克，包括载荷和卫星本身的质量。
2.卫星尺寸：中九卫星的体积为2.1米x2.4米x2.7米，整个卫星的尺寸比较小，以适应低轨道卫星的需求。
3.载荷：卫星上搭载了多个科学实验装置，包括物理、生物学、化学等多个领域的载荷设备，用于研究物理和生物学现象。
4.轨道参数：中九卫星的轨道参数主要包括轨道倾角、轨道高度和轨道周期等。
根据不同实验需求，中九卫星可以在不同的轨道上工作，包括低轨道和地球同步轨道。
5.传输系统：卫星上搭载了用于传输实验数据的通信系统，可以将采集到的实验数据传回地面进行分析和研究。
6.电力系统：中九卫星搭载了太阳能电池板和电池等设备，用于提供卫星所需的电力。
7.控制系统：卫星上还装备了姿态控制系统、导航系统和推进系统，可以实现对卫星的姿态和轨道控制。
中九卫星作为中国的一颗科学试验卫星，主要用于物理和生物学领域的研究，通过实地实验来验证和推动相关科学理论的发展。
中九卫星的成功发射和运行，标志着中国在航天科学领域的进步，为我国在航天技术和科学研究方面的发展作出了重要贡献。
重力梯度卫星姿态稳定的最优+自适应控制
第４ 期
重力梯度卫星姿态稳定 的最优 ＋自适应控制
７ ５
图１ 所示 ， 模 型主要 由 Ｂ ｕ ｓ 单元 ， 太 阳能板 和绳 索 组 成． 假 设卫 星运 行在 圆轨道 上 ， 轨 道 坐 标 系 Ｏ ｘ 。 Ｙ 。 为参考 坐标 系 ， 其 中 ０为 卫 星质 心 ， 。 轴 沿 轨道 切线 指 向卫 星运行 的速 度方 向 ， ， ， ｏ 轴 指 向 轨 道 的法 线 ， 轴 指 向地 球 质 心． 卫 星 体 坐标 系
研 究开 发机 构 （ Ｊ Ａ Ｘ Ａ） 和无 人 宇宙 实验 系 统研 究
开 发机构 （ Ｕ Ｓ Ｅ Ｆ ） 开始 进行 Ｓ Ｐ Ｓ概 念 和关 键技 术 研究 ， ２ ０世 纪 ９ ０年代 起 陆续 推 出 了 Ｓ Ｐ Ｓ ２ ０ ０ ０～ Ｓ Ｐ ｓ ２ ０ Ｏ ３以及 分 布式绳 系 Ｓ Ｐ Ｓ系 统 等概 念 设 计 ． Ｆ ｕ ｊ ｉ ｉ 等 针对 Ｕ Ｓ Ｅ Ｆ所 提 出 的绳 系 太 阳 能 电站
２ 姿 态稳定控制器设计
根据（ ６ ）式 给 出 的 绳 系 太 阳能 发 电 卫 星 动 力 学 模 型，定 义 系 统 状 态 向 量 为 Ｘ ＝
［
０
ｒ， 则系统动力学方程可写
（ ７ ）
。
定义为 Ｏ ｘ Ｙ ， 卫 星姿态 即为体 坐标系相对 于 轨道 坐标 系 的角 度和 角速 度．
设 参考 坐标 系按 照 ３—１—２的顺 序转 到 星
鳓
０
为 如下状 态 空 间形 式
Ｘ ＝Ａ Ｘ ＋Ｂ ｕ＋Ｂ ｄ
其中，
Ｏ １
Ｏ Ｏ Ａ＝ ＝ ０
体坐标系 ， 三次转角分别为偏航角 、 滚动角 和 俯仰角 ０ ． 则卫星在体坐标系下角速度可表示为 ：
卫星重力测量技术在地球物理中的应用
卫星重力测量技术在地球物理中的应用地球物理研究是一门涉及地球内部结构和物质运动等方面的学科，同时也具有广泛的应用价值。
然而，由于地球的表面与内部相距甚远，地球物理学研究往往受到观测技术的限制。
而随着卫星重力测量技术的发展，这一局面正在得到颠覆，卫星重力测量技术正在成为地球物理研究中一项重要的手段。
1.卫星重力测量技术概述卫星重力测量技术基于万有引力定律，通过卫星通过地球上空进行重力测量，获得地球重力场的分布情况。
这项技术的主要优势在于，通过卫星精密的轨迹控制和重力测量仪器的装备，对地球重力场的测量达到了高度的准确性和精度。
同时，卫星重力测量技术还具有全球性和连续性的特点，能够提供地球重力场全球范围内的准确数据。
2.2.1 地球形态研究地球的形态呈现为不规则的椭球体，由于地球的离心率和自转引起的地球扁率等因素，地球的形态会受到一定程度的变形。
而卫星重力测量技术能够获得高精度的地球重力场数据，并且能够计算出来地球的形态和动力学变化。
这项技术对于研究地球的形态、内部构造和地震等问题都有重要意义。
2.2 地壳构造研究地球重力场的分布受到地球内部密度分布的影响，在地壳结构复杂的地区，地表重力场会受到下方地壳和上方地表地物的影响。
卫星重力测量技术通过测量地球重力场的变化，能够测定地球内部的密度结构，推测地下的岩石体积和形状，从而揭示地球地壳和上地幔的构造特征和动力学性质，例如板块构造等。
2.3 大地水文研究在地球物理研究中，大地水文是一个十分重要的研究领域。
大地水文的研究目标主要是了解大气、地表、地下之间的水循环以及水在地球系统中的作用。
其中，地下水的分布和运动十分复杂，而卫星重力测量技术提供了一种新的方法来研究地下水的分布以及地下水与地表水之间的关系。
例如，在水资源的开发和管理方面，卫星重力测量技术可以为水文模型提供和验证数据，优化水资源的利用方式。
3.结语随着卫星重力测量技术的不断发展与完善，它在地球物理方面的应用也将更加广泛和深入。
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法随着现代科学技术的不断发展，卫星重力测量技术逐渐成为地球科学领域的重要研究方法之一。
本文将重点讨论卫星重力测量技术的原理和数据解读方法。
一、卫星重力测量技术的原理卫星重力测量技术是利用卫星携带的高精度重力仪器测量地球表面重力场的变化，从而推断地球内部的密度分布和地壳运动等信息。
1.1 重力测量原理重力，是指地球或其他天体表面对物体吸引的力。
在地球表面上，重力的大小和方向不是一致的，而是会因地球内部的密度分布不均匀而变化。
通过卫星重力测量技术，我们可以获取地表某一点的重力值，并通过对比多个点上的重力值差异，推算出地球内部的密度变化。
1.2 卫星重力测量仪器为了实现卫星重力测量，科学家们研发了一系列高精度的重力测量仪器。
目前常用的卫星重力测量仪器主要有超导量子干涉仪（SQUID），绝对重力仪以及光学干涉测量仪（GIM）。
这些仪器可以测量地球表面的重力值，并将数据传输至地面控制中心进行分析和解读。
二、卫星重力测量数据解读方法卫星重力测量数据是复杂且海量的信息集合，需要进行合理的解读才能获得有价值的地质和地球物理学指标。
下面将介绍几种常见的卫星重力测量数据解读方法。
2.1 重力异常解读重力异常是指相对于参考表面（通常是椭球面）的重力场的偏差。
通过对大量重力异常的分析，可以揭示地球内部的密度梯度。
高重力异常通常对应着密度较大的区域，反之亦然。
这些异常主要与地壳构造、岩石性质和地球动力学等因素相关。
2.2 重力梯度解读在卫星重力测量中，不仅可以获取重力值，同时还可以计算重力的梯度，即重力在空间中的变化率。
重力梯度可以提供更加详细的地下密度变化信息，有助于研究构造和地壳运动等问题。
通过对重力梯度的解读，科学家们可以推测地壳运动引起的地震活动、地热流动以及岩浆活动等。
2.3 反演方法卫星重力测量数据的解读过程中，还常常需要借助反演方法。
反演方法是通过调整模型参数，使得模型产生的重力数据与实测数据拟合得最好。
landsat系列卫星的基本参数
landsat系列卫星的基本参数Landsat系列卫星是美国国家航空航天局（NASA）与美国地质调查局（USGS）合作开发的一系列地球观测卫星，旨在获取高分辨率、多光谱的地球影像数据，用于地表监测、环境研究、农业、水资源管理等领域。
Landsat系列卫星已经发展了几代，包括Landsat 1至Landsat 9，下面将对这些卫星的基本参数进行介绍。
1. Landsat 1至5：Landsat 1至5是第一代Landsat卫星，分别于1972年、1975年、1978年、1982年和1984年发射。
它们采用了相同的技术和仪器，其中包括多光谱扫描仪（MSS）和多光谱扫描仪（TM）。
这些卫星的主要参数如下：-轨道高度：920公里-重量：约940千克-传感器：MSS和TM-像素尺寸：79米（MSS）、30米（TM）2. Landsat 6：Landsat 6于1993年发射，是Landsat系列中的唯一一颗失败卫星。
由于发射时发生故障，卫星未能达到预定轨道。
因此，Landsat 6并没有提供任何有效的影像数据。
3. Landsat 7：Landsat 7于1999年发射，是第二代Landsat卫星。
它配备了增强的传感器，被称为增强型地球观测仪（ETM+）。
它的主要参数如下：-轨道高度：705公里-重量：2490千克-传感器：ETM+-像素尺寸：15米（红、绿、蓝波段）、30米（近红外波段）4. Landsat 8：Landsat 8于2013年发射，是当前正在运行的第三代Landsat卫星。
它配备了遥感环境扫描仪（OLI）和热红外传感器（TIRS）。
它的主要参数如下：-轨道高度：705公里-重量：2850千克-传感器：OLI和TIRS-像素尺寸：30米（OLI可见光波段）、100米（OLI热红外波段）Landsat系列卫星具有以下共同特点：-卫星轨道：所有Landsat系列卫星都处于太阳同步轨道，这意味着它们以几乎相同的时间从地球上空经过，从而在不同时间和光照条件下获取影像数据。
中星6b卫星参数
中星6b卫星参数概述中星6b卫星是中国国家卫星通信有限公司（简称中星公司）所研制的一颗通信卫星。
该卫星是中国自主研发的高性能卫星之一，主要用于提供卫星通信服务。
技术参数轨道信息•轨道类型：地球同步轨道（GEO）•轨道位置：东经140.5°•轨道倾角：0°•轨道周期：24小时•轨道高度：约36,000公里通信性能•频段范围：C波段和Ku波段•发射功率：C波段为41W，Ku波段为54W•接收天线：C波段口径2.2米，Ku波段口径1.5米•数据传输速率：最高可达1.8Gbps•覆盖范围：覆盖中国大陆及周边地区卫星平台•重量：约5,500公斤•设计寿命：15年•供电系统：太阳能电池板及锂电池组•推进系统：化学推进器•控制方式：三轴稳定任务•提供高质量的卫星通信服务，包括电话、互联网、广播、电视等•支持移动通信、数据传输、广播电视、应急通讯等各种通信服务•提供卫星宽带接入服务，满足用户对高速互联网的需求•为偏远地区和船舶提供通信保障，弥补地面通信网络的不足亮点与创新高性能通信能力中星6b卫星在通信性能上具有较高的传输速率和较大的覆盖范围。
其数据传输速率可达1.8Gbps，能够满足用户对高速互联网的需求。
同时，该卫星覆盖中国大陆及周边地区，为偏远地区和船舶提供可靠的通信保障。
自主研发中星6b卫星是中国自主研发的卫星之一，体现了中国在航天技术领域的发展实力。
该卫星的成功研制标志着中国国家卫星通信有限公司在卫星通信领域的技术实力和创新能力。
多功能应用中星6b卫星不仅能够提供卫星通信服务，还支持移动通信、广播电视、数据传输等多种通信应用。
它的多功能性使得用户可以根据需求选择合适的通信服务，满足各种通信需求。
结论中星6b卫星是中国自主研发的一颗高性能通信卫星，具有较高的传输速率和广覆盖范围。
该卫星不仅能够提供卫星通信服务，还支持移动通信、广播电视、数据传输等多种通信应用。
中星6b卫星的成功研制标志着中国在卫星通信领域的技术实力和创新能力的提升，为我国的通信事业发展做出了重要贡献。
全球重力场模型
以 星 载 GPS 精 密 跟 踪 定 轨 为 主 要 技术，还包括在卫星上安装重力
梯度仪直接测定地球重力场重力 梯 度 张 量 。 这 就 是 CHAMP 、 GRACE和GOCE计划。
5 全球重力场模型
建立地球重力场模型的方法
卫星观测技术的比较
第一代卫星 观测技术
地面卫星跟踪
第二代卫星 观测技术
上长波大地水准面年变化测定精度为 0.01~0.001mm/yr。
5 全球重力场模型 地面重力观测
地球重力场模型的发展历史
1952 年 ， Zhongolovich 出 版 了 开 创 性 著 作《地球外部重力场及其基本常数》， 提出并解决了与大地测量学和天文学基 本常数（即地球外部重力场的全球描 述）的修正相关的重要问题。
球谐展开模型目前已经获得不同系列的高精度重力场球谐展开系数， 阶数也在不断升高。
5 全球重力场模型
全球重力场模型及空间分辨率
根据采样定理，地球重力场模型的分辨率取决于全球重力值空间采 样率的Nyqust频率：
N= p Dl
其中Δλ为采样间隔，N为级数展开模型的截断阶，即模型的最高阶， 或 简 称 模 型 的 阶 。 N≤50 称 为 低 阶 模 型 ， 相 应 的 最 高 分 辨 率 约 为 400km；N>50为高阶模型。更高阶模型相应于更高的分辨率。
5 全球重力场模型
全球重力场模型及空间分辨率
引力位球谐展开的公式：
åå ( ) V
( r,J, l )
=
GM r
¥ n=0
næ m=0 èç
aö r ø÷
n
Cnm cos ml + Snm sin ml
Pnm (cosJ )
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给力的新一代重力卫星
作者：籍利平
来源：《百科知识》2012年第19期
前不久，美国国家航空航天局(NASA)公布的最新资料显示，地球的重力正在随着全球气温的上升而发生变化。
NASA表示，1900～2012年的100多年里，全球气温上升了0.75℃。
尽管升高了不到1℃，地球的重力还是发生了不小的变化。
NASA的这份报告出自“格瑞斯(GRACE)”重力测量卫星的监控结果。
通过测量卫星轨道飞行路径的变化，可以得出冰川融化对地球质量和引力的影响。
电脑将数据综合分析后发现，“非正常的融冰正在影响着地球的重力”。
德国科学家也利用“格瑞斯”在2002～2011年的数据发现，格陵兰冰川的质量在10年间减少了240亿盹，这意味着海平面平均每年上升0.7毫米。
人造地球卫星：重力测量的另一种可能
地球表面上的许多地方人类无法抵达，重力测量难以实现。
人造地球卫星的发射，为观测全球范围内的重力场及其随时间的变化提供了可能，重力测量精度也随之提高。
人造地球卫星在空间运行时，主要受地球的引力和离心力影响，换句话说，卫星主要受地球重力的作用。
基于此，20世纪50年代末和20世纪60年代初期，人们就已经利用对近地卫星的光学观测(主要是在地面对卫星拍照，根据照片上卫星和恒星的位置关系，确定卫星的坐标)来跟踪卫星。
20世纪60年代中期出现的卫星激光测距技术，因为测量精度更高，逐渐取代了卫星的光学观测技术。
到20世纪80年代中后期，研究人员利用卫星轨道反算地球重力场的参数，建立了早期的低阶全球地球重力场模型，当时确定的全球大地水准面的精度为米级。
20世纪70年代末出现的卫星雷达测高技术，利用星载激光雷达测定海面高度。
精度从起初的米级达到了厘米级；同时卫星激光测距技术的测量精度也从米级、分米级达到了厘米级别。
在这一阶段人们先后建立了较高阶次的地球重力场模型，相当于100千米至50千米的分辨率。
相应地，确定大地水准面(大地水准面是由静止海水面向大陆延伸所得到的封闭曲面，它是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高的起算面)的精度为分米或者亚分米级，对于重力异常(理论值和实际数值的差值)的确定精度达到了几个毫伽(毫伽是表示重力场强度的单位，1毫伽=10-5米／平方秒)的数量级。
不过，上面提到的这些卫星，都不是直接用来测定地球重力场的。
经过数十年的理论研究、技术设计和试验，直接使用卫星测定地球重力场的计划终于在2000年变为现实，2002年和2009年又有3颗重力卫星发射。
这4颗卫星分为3种：2000年发射的挑战微小卫星平台(CHAMP)、2002年发射的重力恢复和气候试验(GRACE——音译为格瑞斯)以及2009年发射的重力场和静态洋流探索(GOCE)。
其中，格瑞斯由两颗卫星组成，由
美国航空航天局和德国空间局联合研制，“挑战微小卫星平台”和“重力恢复和气候试验”分别由德国空间局和欧洲空间局研制。
这样一来，最近10年间，已经有4颗新一代重力卫星成功发射、运行并用于地球重力场的观测。
所谓新一代重力卫星，指的是这些卫星的发射目的本身就是用于重力测量的；老一代卫星的数据用于重力测量，是进行了间接计算。
由于轨道高度约为两万千米的美国全球导航卫星已经开始运行，这4颗轨道高度数百千米的低轨卫星都可以接收导航卫星数据，确定自身的运行轨道，用于地球重力场的确定，这就是所谓的“高-低卫星追踪技术”。
重力卫星数据的应用
重力卫星的发射和应用为人们了解地球提供了更多的技术手段。
通过重力卫星所获取的大量数据，已经被广泛应用到科学研究中。
例如：格瑞斯卫星获取的连续10年重力场数据，为国内外科研人员在地球物理学、大地测量学、海洋学等学科进行相关的研究提供了支撑。
观测地球重力场随时间的变化，可以用于反演地下水储量的变化。
国外学者研究了水量充沛的亚马逊河流域的重力变化，对该区域的水储量的季节性变化进行了研究，发现这种季节变化趋势和重力卫星格瑞斯观测到的重力变化一致，和水文资料得到的结果也吻合。
我国学者利用格瑞斯卫星数据对于我国华北地区尤其是京津冀区域的地下水储量进行了考察，为决策部门提供了科学决策的依据。
在精密工程建设中有重要意义的我国厘米级的大地水准面建设，除了利用地面、海洋和航空重力数据，也采用了格瑞斯等重力卫星数据进行参考。
在航天领域，精确的重力卫星数据为航天器的发射和测量控制提供了保障，它可以极大改善在轨卫星的轨道确定精度。
例如，我国发射的海洋卫星、资源卫星和神舟系列飞船的轨道精密确定，都受益于重力卫星数据。
在海洋和导航领域，重力卫星也可以提供支持。
在军事领域，重力卫星的数据可以为提高远程武器的命中精度提供有力保证。
重力卫星数据计算出的地球形状
这里的地球形状，并不是地球的自然形状，而是最接近于地球平均海平面的大地水准面，它的形状接近于旋转椭球。
德国科学家采用了上述3种重力卫星的数据，也采用了地球动力学卫星的观测数据研究地球的大地水准面。
自1995年以来，德国科学家陆续推出彩色的大地水准面模型，他们绘制的不是地球表面点位的高程值而是所谓的“波茨坦重力土豆”。
德国科学家如此命名地球重力异常的分布图，可能和他们的饮食习惯有关。
“波茨坦重力土豆”以不同的版本在网上传播，比较新的是2009年的版本。
需要澄清的是：“波茨坦重力土豆”是重力异常在全球分布的直观显示，并不等于地球的理论形状，与地球的真实形状相差更大。
同样是基于格瑞斯等重力卫星研究大地水准面，美国学者则把他们的成果命名为“大苹果”，和纽约的外号一样。
我国曾经广泛流传的说法是，地球的形状是梨形的。
这种不甚准确的说法，也是来自人们对地球卫星早期数据观测的分析。
利用多年、多种卫星的数据，科学家们分析了地球的大地水准面的形状，用椭球表示时，南极凹陷、北极凸起，幅度在数十米的数量级。
在绘制插图时，人们夸张地描述了这种凹陷和凸起，并且用“梨形”来描述。
地球形状为近似“梨形”的报道因而一度广为流传，这其实也是一种误导。
重力卫星的后续卫星与我国的重力卫星计划
格瑞斯卫星已经运行了10年，可能将于2013年停止工作。
美国计划明年发射的重力卫星后续卫星，名字叫格瑞斯后续星(GRACEFollow-On)。
格瑞斯后续星仍为两颗卫星在同一轨道上相随运行，轨道高度250千米，轨道倾角89°，两星相距约50千米，采用激光测距，重力测量模式为高一低、低一低卫星跟踪模式。
与格瑞斯相比，格瑞斯后续星在以下4个方面进行了改进：在双星之间，用干涉激光测距替换格瑞斯的电磁波测距，卫星之间的距离测量精度更高，重力测量的精度也更高；后续星的双星间距由200千米缩短为50千米；双星高度由300～500千米降至250千米，可以更准确地进行重力测量；由于配置了无阻尼测距仪，格瑞斯后续星测定的静态和动态地球重力场的精度，比原来的格瑞斯卫星测定的要高近一个量级，也就是10倍，分辨率提高近3倍。
我国科学工作者也一直在关注和研究欧美国家的重力卫星进展情况。
由于挑战微小卫星平台(CHAMP)采用的技术已经落伍，重力场和静态洋流探索(GOCE)采用的卫星重力梯度仪，我国近期内难以在研制上有所突破。
为此，研究人员建议我国的重力卫星最好采用重力恢复和气候试验(GKACE)的双星工作模式，同时利用高—低卫星跟踪卫星技术和低—低卫星跟踪卫星技术。
目前，我国已经启动了发射重力卫星的关键技术论证，可以乐观地预期：在不久的将来，我国将拥有自己的重力卫星。
利用它们，我国科学家在科技和工程建设上会取得丰硕的成果。