航天工程需要采集大量数据。但航天飞行任务获取数据的能力，受地面站数量、分布或
数据中继卫星可用性的限制，在许多场合需要星（船）上数据存储的支持。
为了解太阳系和宇宙的形成与演变、生命起源与进化以及地球环境的形成过程而进行的
空间探测，需要收集大量科学数据。但由于飞船飞越行星的探测时间十分短促，与地球相距
遥远，实时传输能力极其有限。在目标星处于飞船与地球之间受到遮挡的情况下，则无法实
时传回数据。因此，空间探测器无不配备星（船）载记录器以存储和重放数据。星（船）
载记录器的故障可使任务数据损失７５％，甚至导致整个飞行任务失败。
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４计划主管让皮埃尔·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－星－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。
一、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１０－６。
３.具有极强的生存能力__记录再入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１００
０～１５００℃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℃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。
二、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ＳＩＲＢ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年间，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ＳＩＲＣ/ＸＳＡＲ。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。ＳＩＲＣ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Ｎ/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，资源一号星载记录器数据率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４ＫＣＭＯＳ
ＲＡＭ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２５６ＫＣＭＯＳＲＡＭ为基础，为极轨地磁测量卫星ＰＯＧＳ（ＳＴＰ
Ｐ８７２）研制的固态记录器，存储容量５１２兆比特（最大１６.４吉比特），１９９
０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、滑行段及再入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
磁盘与光盘均为旋转式直接存取存储设备。在操作可靠性和介质寿命方面，光盘更具优
势。磁光盘是主要的可擦写光盘。
１９９６年１０月２０日发射升空，１１月４日返回地面的我国第１７颗返回式科学探
测和技术试验卫星，首次搭载了加固型３.５英寸(9厘米)磁光盘机，数据率（连续）８～
９兆比特/秒，存储容量１.８４吉比特，误码率10-12。飞行期间对三类数据进行了４次读
/写试验，取得了圆满成功。
三、发展趋势
１.数据率更高，数据量急剧增加
随着新型遥感器的发展，航天飞行的数据量将急剧增加。２１世纪初，轨道科学仪器产
生的数据预计将增加几个数量级。电子侦察系统的数据率将普遍超过１００兆比特/秒，大
型传输型侦察卫星的数据率将达３００兆比特/秒，要求存储容量达１０００吉比特。
２.传统磁记录技术进一步完善
传统的空间磁记录器，将进一步提高记录密度，提高可靠性，延长工作寿命。直至本世
纪末，西方所有大型对地观测遥感平台，都将继续使用星载磁记录器存储数据。从我国国情
出发，传统的固定磁头纵向记录格式长寿命星载磁记录器直至２１世纪初叶将继续发挥重要
作用。
３.旋转头磁记录技术崛起
１９毫米ＩＤ１格式旋转头螺旋扫描盒带磁记录器将进入航天应用领域，成为新一代
空间记录器。作为星上数据暂存器或通信线路缓冲器，为雷达成像卫星和传输型详查卫星服
务的高数据率超大容量数据存储设备，在近期内，旋转头螺旋扫描磁带记录仍是唯一可行的
技术途径。
４.固态记录技术方兴未艾
半导体存储器件的集成度大约每３年翻两番。１９９４年底日本三菱电子、日本电气、
东芝、富士通和日立等公司平均月产１６兆比特动态随机存取存储器（ＤＲＡＭ）５０～１
００万片。１９９４年底出现６４兆比特ＤＲＡＭ原型样品。日本、美国和德国公司正在试
制２５６兆比特的ＤＲＡＭ。韩国三星公司已完成１吉比特同步ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）
原型样品，声称将于１９９７年推出工程样品，２０００年后批量投产。这无疑将推动
固态记录器向更大容量发展。固态存储记录技术方兴未艾，其空间应用前景广阔。
２１世纪初星载固态记录器的大致轮廓如下：用户总容量２００～５００吉比特；数据
率达３００兆比特/秒；功耗３０～１００瓦；重量３０～９０公斤。
体积４０～１００升；４年可靠性０.９５～０.９８；误码率１０-11～１０－１３；
采用１６/６４兆比特耐辐照ＣＭＯＳＤＲＡＭ存储器件。
抗辐照强度总剂量４０千拉德（Ｓｉ），通过检测校正抗单粒子翻转，用过流检测与电
源线路切换抗闩锁；工作温度范围-４０～＋８０℃；可实现容量升级。届时，可能出现用
户容量１～８吉比特；数据率≥１００兆比特/秒。
每板功耗０.５～４瓦；重量１～２公斤，适合随机/顺序存取的单板固态记录器。
５.多种存储技术组成新格局
预计到本世纪末，随着波长５３２纳米的绿色固态激光器的问世，５２５英寸(13厘
米)磁光盘的容量可达５～６吉比特。采用多束激光二级管阵列，数据率将达８０～１６０
兆比特/秒。使用轻型光头，存取时间接近硬盘。
未来的载人航天飞行，将需要在飞船上存储控制程序、校准数据和为船上数据处理提供
工作存储，以便在例行监视中减少下行线路带宽。自主能力更强的飞船，以及由机器人进行
检测和维修时，还需要存储知识库、参考图和原理图。所有这些任务都需要具有直接存取能
力的记录器来完成。它为磁盘、磁光盘等直接存取记录器提供了用武之地。
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