随着我国空间技术的发展，卫星应用的广度和深度也不断得到拓展。当下，卫星应用已广泛服务于我国国民经济建设的各个领域，成为经济社会发展不可或缺的重要技术手段。
风云、海洋、北斗、电磁……一系列我国自主研制的各类应用卫星的成功，都离不开有效载荷发挥的重要作用。长期以来，中国科学院国家空间科学中心，经过一代又一代的继承与创新，通过先进有效载荷的研制，将论文和成果写在了祖国的大地上，将凯歌奏响在国民经济建设和人民日常生活的卫星应用中。
气象卫星看“风云”
1960年，美国发射了第一颗TIROS气象卫星，从而拉开了卫星气象学观测研究的大幕。彼时，空间中心创始人赵九章先生敏锐地察觉到此事对于气象事业发展的重大意义，于是决定在国内开展预先研究。空间中心也由此与我国的气象卫星事业结下了不解之缘。
从风云一号到风云四号，不管是极轨卫星还是静止卫星，空间中心从不缺位，在我国气象卫星发展史上发挥了无可替代的重要作用。
2012年1月13日，风云二号F星在西昌卫星发射中心成功发射。与此前不同的是，从此颗卫星开始，空间环境监测器正式由搭载设备提升为主要有效载荷之一。
空间环境监测器是实时监测太阳大气活动变化及地球静止轨道空间环境带电粒子扰动、对灾害性空间天气事件进行预警的重要探测设备，风云二号F星的空间环境监测器正是由空间中心研制的。
伴随着风云二号F星的顺利升空，空间中心打造的空间环境监测器也大显身手：在国际上首次获得了地球同步轨道带电粒子辐射环境的变化规律，首次实现了在强太阳质子事件时对地球同步高度高能电子的有效测量。
2008年5月27日，我国首颗新一代极轨气象卫星风云三号成功升空，标志着我国全面进入国际气象卫星先进国家行列，开始与美国、欧洲一同在提供卫星气象数据方面发挥主导作用。
此次风云三号卫星共搭载有11台有效载荷，空间中心承担了其中的微波湿度计、臭氧总量探测仪、空间环境监测仪等3项有效载荷的研制工作。
其中，微波湿度计是风云三号卫星的主载荷之一，也是我国首台用于气象卫星探测大气湿度垂直分布的毫米波辐射计；臭氧总量探测仪使我国首次具备每天获取一幅高精度臭氧总量全球分布的能力；空间环境监测仪首次在约860公里的高度上开展高能粒子及辐射剂量、电位和单粒子等环境效应的综合监测。
2016年12月11日，我国新一代静止气象卫星风云四号卫星搭乘长征三号乙运载火箭，在西昌卫星发射中心发射成功。
风云四号上搭载了多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器包等4个探测载荷。其中“观天象、测风云”靠的是前三台仪器，而监测空间环境靠的是空间环境监测仪器包。
由空间中心研制的该分系统包含了高能粒子探测器A、B、C3台，磁强计，辐照剂量仪，充电电位探测器和环境远置单元共计7台单机21件产品，是目前我国在气象卫星上布局空间环境探测单机数量较多的型号。
风云四号堪称是世界上性能先进甚至是领先的气象卫星，未来，其将在天气监测与预报、气象防灾减灾、应对气候变化、生态环境监测、航空和空间天气等领域得到广泛应用。而空间中心也将持续耕耘在这一领域，为人类守望“冷暖”。
风浪预测靠“海洋”
从古人“断虹现，天要变”的经验推测，到运用气象卫星开展监测，在监测和调查海洋环境上，科学扮演着越来越重要的角色。
2011年8月16日，载有海洋二号A星的长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心点火升空。
海洋二号是我国第一颗海洋动力环境监测卫星，其主要任务是监测和调查海洋环境，直接为灾害性海况预警报和国民经济建设服务，并为海洋科学研究、海洋环境预报和全球气候变化研究提供卫星遥感信息。
在本次任务中，空间中心承担了海洋二号雷达高度计、校正辐射计等仪器的研制工作。其中，雷达高度计系统是用来测量海面高度、有效波高及海面风速等数据的主要仪器系统。空间中心研制的该系统采用了Ku波段和C波段双频测量体制，由此消除了电离层对高度测量的影响；采用大时带积线性调频信号，提高了系统的压缩比；采用全去斜坡技术实现脉冲压缩和海陆兼容的高度跟踪系统，大大增强了高度计的跟踪能力。
校正辐射计则是为雷达高度计提供大气路径延时校正的微波辐射计。空间中心打造的校正辐射计接收机采用了全功率微波辐射计方案，结构简单、易于实现、可靠性高，且由于全功率微波辐射计工作时在整个积分时间内都对观测目标进行测量，因而也成为目前全球灵敏度最高的辐射计之一。
在海洋二号任务中，空间中心研制的雷达高度计、校正辐射计等仪器运行状态正常，性能良好，在轨数据得到用户高度评价，有效载荷性能达到国际先进水平。另外，由空间中心承担的海洋二号B星、C星雷达高度计及校正辐射计，目前也已作为主载荷交付正样。
另一边，在北京怀柔国家航天局怀柔总装集成测试中心，一群穿着白大褂的中法两国技术人员正围着一颗重700多公斤的应用卫星载荷做测试。这颗卫星，正是预计于2018年下半年上天的中国与法国合作的首颗卫星——中法海洋卫星（CFOSAT）。
2009年，在中法两国的共同支持下，中法海洋卫星立项。这颗卫星作为海洋观测项目，目的是研究海洋表面风场和海浪相互作用，以提高海洋气象预报能力和人类对气候变化的认知。
为此，卫星携带了两个主要仪器，一台是由中国研制的测量风的散射计，一台是由法国研制的测量浪的波谱仪。
从技术上看，中方和法方研制的两个有效载荷都是全新的，这是海洋遥感技术的重要突破；从科学角度讲，我国对地观测发展到今天，很多观测模型都是跟踪和模仿国外成果，这颗卫星有助于科学家在风浪研究上获得史无前例的一手科学数据，形成新的海浪预报模型等新观测模型。
卫星导航数“北斗”
北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统，其可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、测速、授时服务，并兼具短报文通信能力。
2015年3月30日，我国首颗北斗二代导航试验高轨卫星成功发射，标志着中国北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。
新一代北斗导航卫星是中科院承担的首颗长寿命、高可靠业务星，其采用一体化设计方法，独创性地提出了功能链设计理念，整颗星分为有效载荷、结构热、电子学和姿轨控等功能链，极大地提高了系统的可靠性和功能密度。
卫星在技术特点方面实现了多个首创：首次使用中科院导航卫星专用平台，首次采用远征一号上面级直接入轨发射方式，首次验证相控阵星间链路与自主导航体制，首次大量使用国产化器部件以实现自主可控。
在过去的3年多时间里、1251个日日夜夜，空间中心的研制团队夜以继日地围绕着这颗新一代北斗卫星殚精竭虑地工作，技术难度之大、任务要求之高、研制进度之紧前所未有。
最终，空间中心顺利完成了数据处理终端、自主运行单元、导航任务处理器（导航载荷计算机）3台重要星上电子设备的全部研制工作，而这3台设备也已成为北斗二代导航试验卫星和北斗三号装备卫星的标配，目前已经完成装备星8颗。
除此之外，北斗二代导航试验卫星和北斗三号装备卫星还采用了空间中心和中科院计算所联合开发的“万户”系列抗辐照宇航专用处理器，为我国核心器件的自主可控和可持续发展奠定了坚实的基础。
电磁监测有“张衡”
空间电磁扰动与地震发生具有明显的相关性。因此，构建空间电磁监测体系对研究地震机理与空间电磁扰动的耦合关系、探索地震预测新方法有着重要意义。
2018年2月2日，我国首颗电磁监测试验卫星“张衡一号”成功发射。这是我国首颗观测与地震活动相关电磁信息的卫星，也是国家地球物理场探测卫星计划的首发星，其发射成功被认为是我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。
“张衡一号”采用通用小卫星平台，共搭载了8种载荷，其中高精度磁强计、朗缪尔探针和等离子体分析仪3台载荷由空间中心研制。
朗缪尔探针和等离子体分析仪分别用于电离层电子密度温度、离子密度温度和漂移速度的原位探测。空间中心是空间等离子体探测技术开展最早的单位，也是国内该领域技术最先进、经验最丰富的优势单位和引领者。
研制过程中，朗缪尔探针和等离子体分析仪开发团队集智攻关，填补了我国两项载荷技术空白：提出了影像法精确检测透过率的方案，实现了高密度、高精度栅网透过率的精确测定；突破了理想球形设计、极弱电流监测（pA级）等关键技术，实现了空间等离子体信息的精密收集。
自2018年2月6日开机工作以来，两台仪器的工程参数正常，科学数据连续稳定。与DEMETER数据相比，朗缪尔探针、等离子体分析仪数据能准确反应电离层分布特征，精细结构更加丰富和具有科研价值。
2018年5月12日，在汶川地震十周年国际研讨会暨第四届大陆地震国际研讨会上，中国地震局和中国国家航天局首次对外公布了我国首颗电磁监测试验卫星“张衡一号”的初步结果。
其中，朗缪尔探针和等离子体分析仪获取的我国首个全球原位电离层分布图也公开面世。这份分布图为电离层动力学研究、地震前兆研究、航天工程研究等提供了必要数据支撑，促进了空间天气学、地震科学等多学科发展，具有非常重要的科学和工程意义。■