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4月16日，距離地球407公里的浩瀚太空中，又增加了一顆閃亮的“中國星”——風(fēng)云三號G星。

風(fēng)云三號G星，這是風(fēng)云氣象衛(wèi)星家族的第20顆衛(wèi)星，也是風(fēng)云三號系列衛(wèi)星發(fā)射的第6顆星。作為中國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星，它的成功發(fā)射標(biāo)志著我國成為全球唯一同時業(yè)務(wù)運(yùn)行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

【資料圖】

風(fēng)云三號系列衛(wèi)星運(yùn)行軌道

這顆衛(wèi)星發(fā)射背后有怎樣的故事？它將為全球天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)服務(wù)貢獻(xiàn)哪些中國力量？國家衛(wèi)星氣象中心副主任風(fēng)云三號極軌衛(wèi)星地面系統(tǒng)總指揮張鵬、風(fēng)云三號G星地面系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師谷松巖帶來了深度解讀。

國家衛(wèi)星氣象中心副主任、風(fēng)云三號極軌衛(wèi)星地面系統(tǒng)總指揮張鵬（上圖）和風(fēng)云三號G星地面系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師谷松巖（下圖）接受中國氣象報(bào)社全媒體記者采訪，解讀風(fēng)云三號G星技術(shù)特性、功能及創(chuàng)新突破

核心閱讀

■ 中國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星成功發(fā)射，標(biāo)志著我國成為全球唯一同時業(yè)務(wù)運(yùn)行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

■特殊的外觀、特殊的軌道，取決于它特殊的使命——解決臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水監(jiān)測問題，為世界提供全球中低緯地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息，因此被稱為降水星。

■ 通過中繼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了降水星數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)獲取時間從16小時壓縮到3小時內(nèi)，這也是民用衛(wèi)星上首次使用中繼技術(shù)開展業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。

■國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)星載主被動微波聯(lián)合測量降水系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)、首次實(shí)現(xiàn)星載被動微波輻射計(jì)成像和探測一體化設(shè)計(jì)、首次生成風(fēng)云三號被動微波多星融合綜合數(shù)據(jù)集。

1、特殊的使命，特殊的軌道，特殊的外觀——國內(nèi)首顆、世界第三顆降水星

作為我國自主研制并達(dá)到國際先進(jìn)水平的第二代極軌氣象衛(wèi)星，風(fēng)云三號系列衛(wèi)星大部分屬于近極地太陽同步軌道衛(wèi)星，分布在離地球800多公里的太空中。而風(fēng)云三號G星的軌道高度在407公里，屬于非太陽同步傾斜軌道，且不經(jīng)過極地，外觀也與其他風(fēng)云三號衛(wèi)星不同。它為何如此特殊？

“特殊的外觀、特殊的軌道，取決于它特殊的使命——解決臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水監(jiān)測問題，為世界提供全球中低緯地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息，因此我們也稱它‘降水星’。”張鵬說。

風(fēng)云三號G星綜合探測示意圖

降水是水循環(huán)的重要組成部分，在氣候變化背景下，氣象災(zāi)害頻發(fā)，對降水系統(tǒng)瞬時結(jié)構(gòu)和全球分布特征的認(rèn)識，成為人們防災(zāi)減災(zāi)、理解全球氣候變化的重要內(nèi)容。

目前，我國已建成比較完備的地面監(jiān)測網(wǎng)，其中地面降水雷達(dá)在監(jiān)測降水三維信息方面發(fā)揮了巨大作用，但它在廣袤海域或地形復(fù)雜等地區(qū)存在監(jiān)測盲區(qū)。而衛(wèi)星在監(jiān)測這些區(qū)域方面具有特殊優(yōu)勢，那么如何將降水雷達(dá)搬到衛(wèi)星上，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合？張鵬表示，研制風(fēng)云三號G星的目的就在于此，在太空中實(shí)現(xiàn)對降水結(jié)構(gòu)的三維滴譜探測，地空天協(xié)同，解決地面降水監(jiān)測盲區(qū)的問題。

風(fēng)云三號G星上配置有雙頻降水測量雷達(dá)、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀4個業(yè)務(wù)載荷和高精度定標(biāo)器、短波紅外偏振多角度成像儀2個試驗(yàn)載荷。通過主動降水雷達(dá)、微波降水遙感和紅外降水估計(jì)，可以提供降水結(jié)構(gòu)的三維立體監(jiān)測信息，這對于我國強(qiáng)降水監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警、降水機(jī)理研究和支撐人工影響天氣業(yè)務(wù)開展，具有非常重要的意義。

此外，張鵬表示，風(fēng)云三號G星是繼美、日聯(lián)合發(fā)射專用降水測量衛(wèi)星之后，中國發(fā)射的國內(nèi)首顆、國際第三顆降水測量氣象衛(wèi)星。它將進(jìn)一步發(fā)揮低軌氣象衛(wèi)星完備觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，在氣象災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域向世界貢獻(xiàn)中國智慧和風(fēng)云方案。

2、十余年磨礪，讓構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)——需求牽引，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)首次

時間回?fù)苤潦吣昵埃?006年，第二代極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)星風(fēng)云三號A星正處于后期工程研制階段，發(fā)射指日可待。當(dāng)時氣象衛(wèi)星科技工作者就已在謀劃，“實(shí)現(xiàn)升級換代后，未來極軌衛(wèi)星的技術(shù)攻關(guān)將指向何方？”

彼時，利用氣象衛(wèi)星對地面降水進(jìn)行主動立體監(jiān)測是氣象業(yè)務(wù)中的迫切需求，但這對航天工業(yè)研制要求非常高，難題擺在了氣象和航天工作者面前。“最終，在大氣科學(xué)發(fā)展需求、氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需求和航天科技進(jìn)步需求等三方需求牽引下，我們共同確定了風(fēng)云三號降水星的研制任務(wù)。”張鵬說。

鎖定目標(biāo)后，承擔(dān)這一重大工程任務(wù)的氣象和航天工作者便開始緊鑼密鼓地部署推動。2010年，突破衛(wèi)星載荷原理樣機(jī)技術(shù)；2014年，完成衛(wèi)星使用要求確定，2015年，研制方案通過專家評審，隨后降水星正式納入風(fēng)云三號工程建設(shè)；2018年，天地一體化5大系統(tǒng)研制工作正式啟動……“就在上個月，我們完成了衛(wèi)星發(fā)射前整個地面系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，這標(biāo)志著地面系統(tǒng)準(zhǔn)備好，具備了接收處理降水星資料的能力。” 谷松巖說。

如今，位于非太陽同步軌道上的風(fēng)云三號G星，在407公里的太空中自由翱翔，兩個太陽能板如同它的翅膀，使其能游刃有余地持續(xù)獲取太陽能量。谷松巖表示，太陽同步軌道衛(wèi)星只有一個太陽能板，因?yàn)樗c太陽的夾角始終不變，因此可以持續(xù)獲取太陽能量，而降水星與太陽的夾角是變化的，當(dāng)太陽能板與太陽間的夾角小于某個角度時，它就不能獲取足夠能量，需要通過掉頭利用另一側(cè)的太陽能板繼續(xù)獲取太陽能量。而此前，如何解決衛(wèi)星跟蹤太陽方向的問題讓研制人員很是頭疼，如今已全部在降水星上徹底解決。

風(fēng)云三號G星太陽能板展開示意圖

此外，降水星運(yùn)行時并不經(jīng)過南北極，無法借用南北極的衛(wèi)星接收站的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能，如果僅靠國內(nèi)衛(wèi)星地面站來接收降水星的監(jiān)測資料，可能需要16個小時才能完成數(shù)據(jù)同步，這根本無法滿足降水天氣應(yīng)用的時效需求。怎么辦？又一難題擺在眼前。

“最后，我們通過中繼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)獲取時間從16小時壓縮到3小時內(nèi)，這也是民用衛(wèi)星首次使用中繼技術(shù)開展業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。” 谷松巖解釋，當(dāng)降水星飛過中繼衛(wèi)星時，把觀測數(shù)據(jù)及時上傳至中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星再將數(shù)據(jù)傳到地面站，這相當(dāng)于把南北極衛(wèi)星接收站放到了天上的中繼衛(wèi)星上，從而使數(shù)據(jù)獲取時效達(dá)到預(yù)期效果。

“我們還將福建、上海、海南等省級遙感衛(wèi)星地面站納入國家級站網(wǎng)布局，掃除海上、山區(qū)等部分地區(qū)地基觀測的盲區(qū)，以最快速度實(shí)現(xiàn)降水星的監(jiān)測資料對我國沿海等地區(qū)降水產(chǎn)品制作的支持。” 谷松巖說。

中繼衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸示意圖

國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)星載主被動微波聯(lián)合測量降水系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)、首次實(shí)現(xiàn)星載被動微波輻射計(jì)成像和探測一體化設(shè)計(jì)、首次生成風(fēng)云三號被動微波多星融合綜合數(shù)據(jù)集……一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破的背后，其實(shí)也是中國航天工業(yè)研制能力穩(wěn)步提升的寫照。

十幾年來，風(fēng)云三號A星、B星、C星、D星、E星先后發(fā)射成功并業(yè)務(wù)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了我國極軌氣象衛(wèi)星的升級換代、填補(bǔ)了國際晨昏軌道氣象衛(wèi)星技術(shù)空白，技術(shù)的更迭使得監(jiān)測資料能夠更好地滿足全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)同化和時效要求，為全球中長期數(shù)值預(yù)報(bào)精度的提升貢獻(xiàn)了中國力量……

風(fēng)云三號系列衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行示意圖

今年8月，我國還將發(fā)射風(fēng)云三號F星，后續(xù)風(fēng)云三號H星、I星、J星也在緊鑼密鼓布置中，預(yù)計(jì)到2026年前后，風(fēng)云三號將形成由兩顆降水星（風(fēng)三G星和I星）和5顆業(yè)務(wù)極軌氣象衛(wèi)星（風(fēng)三D星、E星、F星、H星、J星）組成的星座體系，屆時風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星將形成星座體系下主被動微波聯(lián)合探測降水業(yè)務(wù)能力。張鵬說：“我們不光要用好現(xiàn)在的衛(wèi)星，同時還要規(guī)劃好未來一代衛(wèi)星，真正起到承先啟后的作用。”

據(jù)悉，目前我國第三代極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云五號的技術(shù)攻關(guān)方向也在同步謀劃中。未來，風(fēng)云衛(wèi)星將通過不斷提升星載降水探測能力，促進(jìn)我國降水探測能力及預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高，進(jìn)而為全球應(yīng)對氣候變化提供支撐。

來源：中國氣象局

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