实践四号卫星（SJ-4）是一颗地球同步转移轨道卫星，是为研究带电粒子及其效应而研制的专用卫星。1994年2月8日，实践四号卫星在西昌卫星发射中心发射成功。实践四号卫星上的空间单粒子动态监测计算机通过7个月的空间飞行试验，为空间辐射环境的研究获取数据，使中国国首次获得了200～36000千米之间的空间环境参数和高能粒子效应资料，并在中国国首先把系列化、通用化、模块化的设计思想维用到航天计算机领域。

实践四号研制任务于1991年12月下达，要求在一年多的时间内，用很有限的经费完成这颗卫星的研制。卫星由中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部负责研制，星上有效载荷由中国科学院空间中心负责研制。

任务下达后，空间飞行器总体设计部立即抽出人员组成研制 队伍，全面开展了卫星的研制工作。针对这颗卫星研制周期短、经费少等制约条件，设计师系统仔细地推敲了研制程序，经认真分析，合理地简化了一些步骤和阶 段。作为整星，不再按常规分初样和正样两步，也没有结构星和温控星，而是只生产一颗星，按串联星和正检星做完各项大型试验后，再经少量修改便直接用作发射星。这样，在保证质量的前题下缩短了研制周期。

这颗星整个研制过程历时约 2年，可粗分为：方案论证、设计 和生产、总装和电测、大型试验 (包括力学环境试验、热真空试 验、质量特性和精度测量等）、靶场测试和发射等5个阶段。卫星发射后，转入在轨运行管理阶段。

实践四号卫星是一颗用于探测空间辐射环境及其效应的卫星。针对地球同步转移轨道的特殊环境，我国科学家们专门设计了空间辐射环境及其辐射效应试验项目。

实残四号卫星研制成功的经验之一是充分利用已有卫星的研制经验、技术和设备，以及其他在研型号已取得的研制成果、经验和技术。只要适用，都直接应用或修改后利用。这样，提高了可靠性，节省了时间和经费，使研制队伍得以集中精力解决这颗星的技术关键。这颗星能够在不到两年的时间内研制成功，正是具有26颗卫星研制经验的北京空间飞行器总体设计部综合实力的体现。

这颗重400公斤的卫星的外形为一直径1.6米的圆柱体，柱体的腰部伸出两根遥控接收天 线，卫星连同顶部伸出的超短波 遥测发射天线的总高度将近2.2米。

卫星由结构、姿态测量与稳定、电源、热控、测控与天线和有效载荷等6个分系统组成。

卫星结构采用中心承力筒式的框架结构形式，仪器安装在星体中部的仪器安装板上，探测仪器的传感器分布在星体腰部、顶部和底部。25块太阳电池分别安装在卫星的柱面、顶面和底面。卫星底部的 椎面通过包带与运载火箭联接。

根据探测任务的需求，选用了自旋式姿态稳定。按发射程序的安排，卫星与运载火箭分离入轨后自行起旋。星载的一组模拟式太阳敏感器和两轴式的磁场强度计用来测量卫星相对于太阳矢量和相对地矢量的位置从而确定卫星在惯性空间的姿态，以建立空间探测的基准。同时可获得卫星的太阳 入射角、自旋转速和章动运动等信息。此外，还可利用磁场强度计进行星体剩磁的在轨测量。

由安装在卫星外表面的1万 多片转换效率为12%的背反射式太阳电池组成太阳电池阵。它与一组15安时的镉镍蓄电池一起为卫星供电。在日照区，太阳电池阵的输出经多级并联分流调压后作为母线电压直接向负载供电，同时为蓄电池充电。在星蚀期由蓄电池经升压调节器向负载供电。虽然这类大椭圆轨道的星蚀期可能超过2小时，实践四号发射窗口选择合适，可使卫星在半年内星蚀期不超过60分钟，相应的蓄电池放电深度为25%。电源分系统提供的母线功率为65W,母线电压为27伏，仪器所需的其他电压，由二次电源变换器提供。

卫星的内热源较小，日照角 因卫星采用自旋稳定方式而有很 大的变化范围，加之是在大椭圆轨道上运行，在近地点和远地点 卫星所获得的外热流变化达 40%，这些因素对热控设计是很不利的。经热分析计算及整星热 平衡试验，确定了以被动热控为主，局部辅以主动热控的方案。星体表面的热控面上，较多地采用高吸收率-发射率比,低发射率的表面材料以实现星体的热平衡.星蒙皮内表面包覆多层隔热材料以减少散热及随日照角和星蚀期变化引起的舱内温度变化。

采用超短波测控体制实现对卫星的跟踪测轨，遥控和遥测。通过地面测控网可对卫星实施实时遥控、延时遥控和数据加载。功率为1W的遥测发射机向地面传送卫星服务系统的工程参数和空间环境探测数据。地面站不可视弧段上的数据暂存在星载存储器 内，待卫星过境时用延时遥测通 道传送到地面。为在各种姿态下达到较远的作用距离，要求天线 有较高的增益和合适的方向图形，为此，专门设计了双线螺旋天线，在子午面60°宽的波束内，增益 G≥0dBi。

有效载荷共有6台探测仪器：质子探测器、电子探测器、等离子体探测器、电位监视器、单粒子事件静态监测仪和单粒子事件动态监测仪。这些仪器用来探测空间的电子、质子和重离子，覆盖 了从数十电子伏的等离子体到数 百兆电子伏的银河宇宙线的非常 宽的能谱，可以测量各主要带电粒子区中的各种带电粒子，并可测量与监视这些空间带电粒子作 用于航天器上所产生的效应。

根据太空带电粒子的分布场情况，卫星选择了一条近地点高200公里，远地点高36000公里、倾角28度的较理想的运行轨道。在近地点，卫星处于辐射带边线以下，随着卫星向高轨道方向运行，卫星将进入辐射带并穿越辐射最强的区域，最后到达辐射带外边缘以外地区。卫星每天约有两次机会测到辐射带沿高度分布的一个完整剖面。

（1）探测能谱范围宽，几乎覆盖了对航天器有影响的全部能量范围；

（2）探测成分全，包括电子、质子和重离子；

（3）同时测量环境参数和效应，可为卫星异常提供完整的对比数据，容易找出因果关系。

实践四号卫星在轨运行状态良好，各服务系统工作正常。测控系统的作用距离超出了设计指标，跟踪距离可达4万公里,在较好的可视弧段内，遥测的接收距离可达3.5万公里， 遥控作用距离超过2万公里。卫星入轨姿态准确，起旋正常，自旋转速为21.6转/分。初始自旋轴指向黄极附近。初始章动角约1°。星上各部位的温度正常，热控系统为大多数仪器提供了10-25°C的理想工作环境温度。

电源系统工作良好，为星载 各仪器设备提供了稳定的电源。 其中一次电源采用的稳压型母线 直接供电体制，是我国卫星上首 次应用的新体制。卫星入轨后系 统工作良好，日照期由太阳电池阵并联分流调节器、星蚀期由蓄电池放电升压调节器，使母线电压稳定在27±1.5伏范围内（优于设计指标），直接向使用27伏电压的负载供电。电源系统在轨运行的结果，为后继型号星应用这种体制积累了经验。

氢镍电池组的飞行试验 是在这颗星上进行的一项新技术试验。氢镍电池具有重量轻，放电深度深和寿命长等优点，受到国内外的广泛重视。该氢镍蓄电池组，在经历了严格的地面模拟及环境试验后，装载在实践四号卫星上进行飞行试验。卫星发射前氢镍电池容量基本放空，待卫星入轨后50天，氢镍电池组投入试 验，它与太阳电池阵组成的一次电源正式投入运行，为整星供电。 系统在经历了近60分钟星蚀轨道和全日照轨道运行几个月，氢镍电池的充放电电压、电流及温度全部正常，氢镍电池的充放电电压、电流及温度全部正常，并且实现了由可选择的V-T曲 线控制充电状态。氢镍电池首次飞行试验获得的初步结果，为推进氢镍电池在新型号中应用起到了重要作用。

各项空间带电粒子探测仪器和环境效应试验仪器都工作正常。电子、质子和等离子体等探测仪器，测到了高能和低能电子、质子能谱和空间分布的大量数据。 电位监视器测到了一2000伏的表面电位。静态单粒子监视仪监测到平均每天3.4次单粒子翻转事件。以80C86芯片为中央处理的动态单粒子监视仪曾测到频度更高的单粒子翻转事件。

实践四号卫星每天4次穿越内外辐射带的中心区，这对空间带电粒子探测是很好的机会，可是对卫星来汫，是十分不利的，它必须在这种恶劣的环境下运行。卫星运行第19天就发生了一起较严重的单粒子锁定事件，动态单粒子监测仪中的CMOS电路发生锁定，电流增加约800毫安，致使二次电源发生过流保护，这一路电源暂停供电。经从西安卫星测控中心向卫星发送遥控指令，解除了锁定状态，电源及各有关仪器都恢复了正常。

这些探测项目所取得的结 果，使我们对空间带电粒子环境 有了进一步的了解.也在计算机及大规模集成电路在空间应用的适应性和防护措施方面积累了宝贵的经验。

（1）SEU的计数与分布从发射之日起逐日增加，其随磁壳参数L的分布在1.25～1.75和5.75～6.75处SEU出现次数最多；

（2）辐射带形貌结果与国外模型比较大致相似；

（3）实验了克服CMOS组件闩锁的技术措施并取得成功；

（4）第一次测到了热等离子体与卫星表面电位之间的关系。