隨著我國空間技術的發展，衛星應用的廣度和深度也不斷得到拓展。當下，衛星應用已廣泛服務于我國國民經濟建設的各個領域，成為經濟社會發展不可或缺的重要技術手段。
風云、海洋、北斗、電磁……一系列我國自主研制的各類應用衛星的成功，都離不開有效載荷發揮的重要作用。長期以來，中國科學院國家空間科學中心，經過一代又一代的繼承與創新，通過先進有效載荷的研制，將論文和成果寫在了祖國的大地上，將凱歌奏響在國民經濟建設和人民日常生活的衛星應用中。
氣象衛星看“風云”
1960年，美國發射了第一顆TIROS氣象衛星，從而拉開了衛星氣象學觀測研究的大幕。彼時，空間中心創始人趙九章先生敏銳地察覺到此事對于氣象事業發展的重大意義，于是決定在國內開展預先研究。空間中心也由此與我國的氣象衛星事業結下了不解之緣。
從風云一號到風云四號，不管是極軌衛星還是靜止衛星，空間中心從不缺位，在我國氣象衛星發展史上發揮了無可替代的重要作用。
2012年1月13日，風云二號F星在西昌衛星發射中心成功發射。與此前不同的是，從此顆衛星開始，空間環境監測器正式由搭載設備提升為主要有效載荷之一。
空間環境監測器是實時監測太陽大氣活動變化及地球靜止軌道空間環境帶電粒子擾動、對災害性空間天氣事件進行預警的重要探測設備，風云二號F星的空間環境監測器正是由空間中心研制的。
伴隨著風云二號F星的順利升空，空間中心打造的空間環境監測器也大顯身手：在國際上首次獲得了地球同步軌道帶電粒子輻射環境的變化規律，首次實現了在強太陽質子事件時對地球同步高度高能電子的有效測量。
2008年5月27日，我國首顆新一代極軌氣象衛星風云三號成功升空，標志著我國全面進入國際氣象衛星先進國家行列，開始與美國、歐洲一同在提供衛星氣象數據方面發揮主導作用。
此次風云三號衛星共搭載有11臺有效載荷，空間中心承擔了其中的微波濕度計、臭氧總量探測儀、空間環境監測儀等3項有效載荷的研制工作。
其中，微波濕度計是風云三號衛星的主載荷之一，也是我國首臺用于氣象衛星探測大氣濕度垂直分布的毫米波輻射計；臭氧總量探測儀使我國首次具備每天獲取一幅高精度臭氧總量全球分布的能力；空間環境監測儀首次在約860公里的高度上開展高能粒子及輻射劑量、電位和單粒子等環境效應的綜合監測。
2016年12月11日，我國新一代靜止氣象衛星風云四號衛星搭乘長征三號乙運載火箭，在西昌衛星發射中心發射成功。
風云四號上搭載了多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀和空間環境監測儀器包等4個探測載荷。其中“觀天象、測風云”靠的是前三臺儀器，而監測空間環境靠的是空間環境監測儀器包。
由空間中心研制的該分系統包含了高能粒子探測器A、B、C3臺，磁強計，輻照劑量儀，充電電位探測器和環境遠置單元共計7臺單機21件產品，是目前我國在氣象衛星上布局空間環境探測單機數量較多的型號。
風云四號堪稱是世界上性能先進甚至是領先的氣象衛星，未來，其將在天氣監測與預報、氣象防災減災、應對氣候變化、生態環境監測、航空和空間天氣等領域得到廣泛應用。而空間中心也將持續耕耘在這一領域，為人類守望“冷暖”。
風浪預測靠“海洋”
從古人“斷虹現，天要變”的經驗推測，到運用氣象衛星開展監測，在監測和調查海洋環境上，科學扮演著越來越重要的角色。
2011年8月16日，載有海洋二號A星的長征四號乙運載火箭在太原衛星發射中心點火升空。
海洋二號是我國第一顆海洋動力環境監測衛星，其主要任務是監測和調查海洋環境，直接為災害性海況預警報和國民經濟建設服務，并為海洋科學研究、海洋環境預報和全球氣候變化研究提供衛星遙感信息。
在本次任務中，空間中心承擔了海洋二號雷達高度計、校正輻射計等儀器的研制工作。其中，雷達高度計系統是用來測量海面高度、有效波高及海面風速等數據的主要儀器系統。空間中心研制的該系統采用了Ku波段和C波段雙頻測量體制，由此消除了電離層對高度測量的影響；采用大時帶積線性調頻信號，提高了系統的壓縮比；采用全去斜坡技術實現脈沖壓縮和海陸兼容的高度跟蹤系統，大大增強了高度計的跟蹤能力。
校正輻射計則是為雷達高度計提供大氣路徑延時校正的微波輻射計。空間中心打造的校正輻射計接收機采用了全功率微波輻射計方案，結構簡單、易于實現、可靠性高，且由于全功率微波輻射計工作時在整個積分時間內都對觀測目標進行測量，因而也成為目前全球靈敏度最高的輻射計之一。
在海洋二號任務中，空間中心研制的雷達高度計、校正輻射計等儀器運行狀態正常，性能良好，在軌數據得到用戶高度評價，有效載荷性能達到國際先進水平。另外，由空間中心承擔的海洋二號B星、C星雷達高度計及校正輻射計，目前也已作為主載荷交付正樣。
另一邊，在北京懷柔國家航天局懷柔總裝集成測試中心，一群穿著白大褂的中法兩國技術人員正圍著一顆重700多公斤的應用衛星載荷做測試。這顆衛星，正是預計于2018年下半年上天的中國與法國合作的首顆衛星——中法海洋衛星（CFOSAT）。
2009年，在中法兩國的共同支持下，中法海洋衛星立項。這顆衛星作為海洋觀測項目，目的是研究海洋表面風場和海浪相互作用，以提高海洋氣象預報能力和人類對氣候變化的認知。
為此，衛星攜帶了兩個主要儀器，一臺是由中國研制的測量風的散射計，一臺是由法國研制的測量浪的波譜儀。
從技術上看，中方和法方研制的兩個有效載荷都是全新的，這是海洋遙感技術的重要突破；從科學角度講，我國對地觀測發展到今天，很多觀測模型都是跟蹤和模仿國外成果，這顆衛星有助于科學家在風浪研究上獲得史無前例的一手科學數據，形成新的海浪預報模型等新觀測模型。
衛星導航數“北斗”
北斗衛星導航系統是我國自主建設、獨立運行，與世界其他衛星導航系統兼容共用的全球衛星導航系統，其可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、測速、授時服務，并兼具短報文通信能力。
2015年3月30日，我國首顆北斗二代導航試驗高軌衛星成功發射，標志著中國北斗衛星導航系統由區域運行向全球拓展的啟動實施。
新一代北斗導航衛星是中科院承擔的首顆長壽命、高可靠業務星，其采用一體化設計方法，獨創性地提出了功能鏈設計理念，整顆星分為有效載荷、結構熱、電子學和姿軌控等功能鏈，極大地提高了系統的可靠性和功能密度。
衛星在技術特點方面實現了多個首創：首次使用中科院導航衛星專用平臺，首次采用遠征一號上面級直接入軌發射方式，首次驗證相控陣星間鏈路與自主導航體制，首次大量使用國產化器部件以實現自主可控。
在過去的3年多時間里、1251個日日夜夜，空間中心的研制團隊夜以繼日地圍繞著這顆新一代北斗衛星殫精竭慮地工作，技術難度之大、任務要求之高、研制進度之緊前所未有。
最終，空間中心順利完成了數據處理終端、自主運行單元、導航任務處理器（導航載荷計算機）3臺重要星上電子設備的全部研制工作，而這3臺設備也已成為北斗二代導航試驗衛星和北斗三號裝備衛星的標配，目前已經完成裝備星8顆。
除此之外，北斗二代導航試驗衛星和北斗三號裝備衛星還采用了空間中心和中科院計算所聯合開發的“萬戶”系列抗輻照宇航專用處理器，為我國核心器件的自主可控和可持續發展奠定了堅實的基礎。
電磁監測有“張衡”
空間電磁擾動與地震發生具有明顯的相關性。因此，構建空間電磁監測體系對研究地震機理與空間電磁擾動的耦合關系、探索地震預測新方法有著重要意義。
2018年2月2日，我國首顆電磁監測試驗衛星“張衡一號”成功發射。這是我國首顆觀測與地震活動相關電磁信息的衛星，也是國家地球物理場探測衛星計劃的首發星，其發射成功被認為是我國構建天空地一體化地震立體監測體系的重要里程碑。
“張衡一號”采用通用小衛星平臺，共搭載了8種載荷，其中高精度磁強計、朗繆爾探針和等離子體分析儀3臺載荷由空間中心研制。
朗繆爾探針和等離子體分析儀分別用于電離層電子密度溫度、離子密度溫度和漂移速度的原位探測。空間中心是空間等離子體探測技術開展最早的單位，也是國內該領域技術最先進、經驗最豐富的優勢單位和引領者。
研制過程中，朗繆爾探針和等離子體分析儀開發團隊集智攻關，填補了我國兩項載荷技術空白：提出了影像法精確檢測透過率的方案，實現了高密度、高精度柵網透過率的精確測定；突破了理想球形設計、極弱電流監測（pA級）等關鍵技術，實現了空間等離子體信息的精密收集。
自2018年2月6日開機工作以來，兩臺儀器的工程參數正常，科學數據連續穩定。與DEMETER數據相比，朗繆爾探針、等離子體分析儀數據能準確反應電離層分布特征，精細結構更加豐富和具有科研價值。
2018年5月12日，在汶川地震十周年國際研討會暨第四屆大陸地震國際研討會上，中國地震局和中國國家航天局首次對外公布了我國首顆電磁監測試驗衛星“張衡一號”的初步結果。
其中，朗繆爾探針和等離子體分析儀獲取的我國首個全球原位電離層分布圖也公開面世。這份分布圖為電離層動力學研究、地震前兆研究、航天工程研究等提供了必要數據支撐，促進了空間天氣學、地震科學等多學科發展，具有非常重要的科學和工程意義。■