大陸首顆高軌三軸穩定氣象衛星風云四號飛向36000公里遠處的太空

天境傳媒 報導
兩岸科技兩岸太空科學科技2016-12-11

12 月 11 日凌晨,西昌衛星發射中心,大陸首顆高軌三軸穩定氣象衛星風云四號飛向 36000 公里遠處的太空“新家”。 “風云四號不僅實現了大陸高軌氣象衛星的升級換代,進一步提升了衛星氣象觀測能力和水平,使大陸靜止軌道定量遙感衛星達到世界先進水平。

在靜止軌道上靜靜凝視地球

靜止衛星與太陽同步軌道衛星,一個相對於地球保持靜止,一個則繞著地球轉動。大陸的風雲一號、三號衛星分別是第一代和第二代太陽同步軌道氣象衛星,距地面高度大約 500 公里至 1000 公里,而風雲二號、四號衛星則分別是第一代和第二代對地靜止軌道氣象衛星,距地面約 36000 公里。因此有一個形象的比喻:在大陸的天氣預報系統中,風雲二號、四號衛星好比一個定點站崗警察,而風雲一號、三號衛星則是流動巡邏警察。

但同為靜止衛星,風云四號比風雲二號性能更加優異。 “風云四號更‘清、快、準’,圖像更清晰,拍攝圖像的時間更快,探測結果更加準確。

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為了準確感知氣候的細微變化,風云四號裝載的多通道掃描成像輻射計擁有 14 個輻射成像通道,覆蓋可見光、短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段,輻射定標精度達到 1 K、靈敏度 0.1 K。風云四號衛星系統總師董瑤海舉了一個例子來解釋:“如青海湖的溫度是20℃,風云四號可以做到對其溫度的測量誤差小於 1 ℃,同時,當湖水溫度變化 0.1 ℃時,衛星就能夠準確感知出來。”

風云四號衛星圖像導航配準精度達到 1 像元,即在 36000 公里高空對地拍照誤差控制在1公里之內,補償效率達 98.8 %,實現了載荷對地成像“指哪打哪”。

萬里高空穩如磐石

攝影愛好者都熟知,要拍攝出一幅精美的照片,不僅要對焦準確,還要保持相機的穩定,如今,功能強大的防抖技術也是各相機廠家的重要賣點。

微振動測量與抑制是風云四號研製中的一塊硬骨頭。衛星在軌運行過程中,星上的活動部件不可避免會給衛星帶來細小的振動。而風云四號配置的干涉式大氣垂直探測儀,因其工作機制對外界微小振動干擾極其敏感,一個細小的振動——哪怕只是在衛星邊上吹一口氣,就會導致產生無法甄別或消除的譜線,使得光譜性能退化。

為了克服微振動影響,研製團隊在對衛星 10 餘個轉動部件的振動特性與傳遞路徑的分析、試驗的基礎上,提出了微振動測量與抑制的方法,並在工程上成功實現了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的研製,這相當於給單機坐上“軟沙發”,成功隔絕平台微小的振動影響,微振動抑制效率達到90%以上。

衛星上裝載的干涉式大氣垂直探測儀,其光譜探測通道達到 1700 個,可在垂直方向上對大氣結構實現高精度定量探測,“相當於對大氣進行 CT 掃描”,這也是國際上靜止軌道氣象衛星的首次裝載。

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氣象衛星需要一天 24 小時、全年 365 天天天當班,每天都要報出晴雨、溫度、風力等數據,這就要求衛星具有極高的可靠性與時效性。 “科研人員為風云四號量身打造了一個角秒級測量和控制精度的高軌三軸穩定衛星平台——SAST 5000 平台,該平台首次採用了六面柱體構型,具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點”。

天氣預報將更加精準

據大陸氣象局資料顯示,相比“十一五”,“十二五”期間,大陸 24 小時晴雨預報準確率提高了2個百分點,達到 87.3 %;溫度的預報準確率提高了 13 個百分點; 24 小時颱風路徑預報誤差首次縮小到 66 公里,達到世界領先水平。在未來,我國的天氣預報將會更加精準。

“風云四號與日本、美國 2016 年最新發射的葵花九號衛星、GOES-R 衛星均屬於新一代靜止軌道氣象衛星。風云四號的掃描輻射計技術指標與美國剛剛發射的 GOSE-R 相當,另外,風云四號全圓盤成像時間 15 分鐘,1000×1000 公里區域觀測能力 3 分鐘,與歐美新一代靜止軌道氣象衛星相當。

“風云四號還可以抓閃電。”趙堅表示,大陸自主研製的閃電成像儀首次在軌應用,填補了大陸的空白,“意味著風云四號一秒鐘可以拍攝 500 張閃電圖,探測區域範圍內的閃電頻次和強度,提供閃電災害預警。”

據了解,風云四號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。如對颱風分析和預報方面,能夠每3分鐘對颱風區域進行觀測,高頻次觀測可提供颱風雲結構及其演變的精細化動態信息,特別是對颱風眼區的監測,可彌補目前在軌衛星雲圖分辨率和時間分辨率不夠高的缺點,為颱風定位、定強提供更可靠更精細的觀測資料。

目前我們所看到中央電視台天氣預報的衛星雲圖基本上來自在軌運行的風雲二號 E、F、G 三顆星。風云四號衛星正式投入業務運行後,將逐步接替風雲二號衛星提供更加及時和高精度的觀測數據,進一步提高天氣預報的準確率。

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