風云四號：守望人間“冷暖”

張琳

風云四號氣象衛(wèi)星是目前世界上最先進的靜止氣象衛(wèi)星，綜合體現了中國氣象與航天科技水平，是“智慧氣象”的重要成果之一。這顆承載了幾代人心血和夢想的衛(wèi)星實現了多個“世界之最”：全球首次在靜止軌道實現了干涉式高光譜大氣垂直探測，全球首次將成像輻射計、大氣垂直探測儀、閃電成像儀等多個載荷裝載在一顆衛(wèi)星上。

“風云衛(wèi)星”家族史

說起風云四號衛(wèi)星，就需要給大家介紹一下中國氣象衛(wèi)星“風云衛(wèi)星”的家族史。眾所周知，氣象衛(wèi)星按照運行軌道主要分為兩類：極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星。極軌氣象衛(wèi)星是繞著地球南北兩極飛行的衛(wèi)星，風云極軌氣象衛(wèi)星軌道高度在800千米左右，可以獲得全球的觀測資料，是我們派出國際的“巡邏兵”—遍查世界范圍風云變幻;靜止氣象衛(wèi)星則是在赤道上空35 800千米的靜止軌道上運行的衛(wèi)星，可以對地球1/3面積實現連續(xù)不間斷的觀測，是駐守在我們祖國上空的“觀察哨”—關注華夏大地陰晴冷暖。我們的風云氣象衛(wèi)星也分為極軌和靜止兩個系列，風云一號、三號是極軌衛(wèi)星，風云二號、四號是靜止衛(wèi)星。

風云四號衛(wèi)星作為我國的第二代靜止衛(wèi)星，采用三軸穩(wěn)定工作方式，這種方式可以保證衛(wèi)星的觀測儀器長時間連續(xù)對地觀測，相對于風云二號衛(wèi)星的自旋穩(wěn)定工作方式，大大提高了觀測效率。簡單來說，就是風云二號像一個在太空中不斷旋轉的“陀螺”，轉一圈用時600毫秒，對地球的有效觀測時間是33毫秒;而風云四號則像在太空中支起了一個“三腳架”，可以一直對準地球進行觀測。然而這種工作方式的改變，背后卻包含著大量技術難關的攻克。

在太空中，太陽的光壓和帶來的輻射溫度的變化對衛(wèi)星運行有著非常重要的影響，自旋的“陀螺”可以通過旋轉均勻受熱，保證衛(wèi)星的熱量均衡和姿態(tài)穩(wěn)定。而到了三軸穩(wěn)定的三腳架，太陽照射的一面和背對太陽的一面溫度差異高達幾百攝氏度，巨大的熱形變給衛(wèi)星平臺工作和圖像定位配準帶來了超乎想象的困難。美國在發(fā)射第一顆三軸穩(wěn)定靜止衛(wèi)星時，就曾因技術難題一再推遲發(fā)射時間。風云四號衛(wèi)星和地面應用系統(tǒng)的技術團隊提出了獨特的星地一體化技術路線，突破了關鍵技術，實現了基于測量的高精度實時圖像導航和配準，在軌運行的結果驗證顯示，完全達到了預計指標要求。

“四大天王”威力無窮

風云四號衛(wèi)星除了姿態(tài)穩(wěn)定方式上的進步外，最重要的就是搭載了四個先進的觀測儀器，這“四大天王”就是多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀和空間天氣監(jiān)測儀。其中掃描成像輻射計的通道數量由風云二號的5個增加到14個;觀測時間分辨率提高1倍，可每15分鐘實現一次全圓盤掃描，最快可以每1分鐘生成一次區(qū)域觀測圖像;最高空間分辨率較風云二號提高近6倍，達到500米。

干涉式大氣垂直探測儀實現了靜止軌道晴空大氣的高精度溫度、濕度廓線探測，其觀測能力是現有地面測空系統(tǒng)的上千倍，將為提高天氣預報準確率和精細化水平提供重要助力。簡單來說，成像輻射計和大氣垂直探測儀就像照相機和CT儀，成像計是對大氣拍照片，觀測快速運動的大氣;垂直探測儀則是對晴空大氣做CT掃描，實現大氣垂直結構上的切片觀測，可謂是“看穿大氣的天眼”。

閃電成像儀首次實現了亞太地區(qū)衛(wèi)星閃電成像觀測，可對中國及周邊區(qū)域閃電分布進行連續(xù)監(jiān)測，為強對流天氣的監(jiān)測和跟蹤提供全新的觀測手段，提高對雷電和暴雨等災害預警水平。

空間天氣探測儀精度較風云二號有顯著提高，通道數量和探測要素大幅增加，此外，風云四號衛(wèi)星也是中國首顆同時搭載空間環(huán)境和效應探測儀器的靜止軌道衛(wèi)星，將進一步增強中國空間天氣監(jiān)測能力。

在軌測試期間，風云四號衛(wèi)星對臺風、沙塵、暴雨強對流等災害天氣和藍藻水華、霾等環(huán)境生態(tài)問題進行了實時有針對性的應用監(jiān)測。此外，風云四號衛(wèi)星還在“一帶一路”國際合作高峰論壇、金磚國家領導人會晤等重大活動氣象保障服務中發(fā)揮了重要作用，顯著提升了遙感應用服務效果。

風云四號衛(wèi)星是中國歷史上投資最多、研制時間最長、技術難度最大的對地遙感衛(wèi)星，也是中國氣象衛(wèi)星在世界氣象衛(wèi)星領域從跟跑、并跑轉向領跑的實現者和見證者。

2017年9月25日是中國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星風云四號在軌交付的日子。為了慶祝風云四號取得的巨大突破，微信啟動頁首次“變臉”，展示風云四號拍攝到的祖國畫面。endprint