風(fēng)云四號(hào)將對(duì)中國(guó)環(huán)境進(jìn)行高光譜分辨率觀測(cè)

  12月11日0時(shí)11分，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星。該星實(shí)現(xiàn)了中國(guó)靜止軌道氣象衛(wèi)星升級(jí)換代和技術(shù)跨越，將對(duì)中國(guó)及周邊地區(qū)的大氣、云層和空間環(huán)境進(jìn)行高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的觀測(cè)，大幅提高天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)能力。
 風(fēng)云四號(hào)將對(duì)中國(guó)環(huán)境進(jìn)行高光譜分辨率觀測(cè)　　　　風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星使用全新研制的SAST5000平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命7年，成功突破了代表國(guó)際前沿的高精度圖像定位與配準(zhǔn)、微振動(dòng)測(cè)量與抑制等20余項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，裝載4種先進(jìn)有效載荷，整體性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！　　　★L(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的研制者介紹，同時(shí)在高軌氣象衛(wèi)星裝載多通道掃描成像輻射計(jì)和干涉式大氣垂直探測(cè)儀，為國(guó)際首次?！　　　〖热嫣岣邔?duì)地球表面和大氣物理參數(shù)的多光譜、高頻次、定量探測(cè)能力，還可在垂直方向上對(duì)大氣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度定量探測(cè)?！　　　〈送?，衛(wèi)星裝載的中國(guó)自主研制的閃電成像儀，一秒鐘可拍攝500張閃電圖，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)與跟蹤，提供閃電災(zāi)害預(yù)警?！　　　⌒l(wèi)星應(yīng)用部門(mén)代表說(shuō)，“風(fēng)云四號(hào)”投入使用后，可以更加精確地開(kāi)展天氣監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)預(yù)警、數(shù)值預(yù)報(bào)、氣候監(jiān)測(cè)。在臺(tái)風(fēng)分析和預(yù)報(bào)方面，能夠每3分鐘對(duì)臺(tái)風(fēng)區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)，特別是對(duì)臺(tái)風(fēng)眼區(qū)的監(jiān)測(cè)可彌補(bǔ)目前在軌衛(wèi)星云圖分辨率不夠高的缺陷?！　　　★L(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星工程由國(guó)防科工局組織實(shí)施，衛(wèi)星主用戶為中國(guó)氣象局?！　　　⌒l(wèi)星、運(yùn)載火箭分別由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制?！　　　〈舜伟l(fā)射是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第242次發(fā)射?！　　　纱蠼^招給地球拍照提供最穩(wěn)“三腳架”　　　　4億像素、15分鐘成像，這是風(fēng)云四號(hào)給地球“拍照”的質(zhì)量與速度?！　　　“殡S著11日中國(guó)新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星首發(fā)星風(fēng)云四號(hào)的成功發(fā)射，中國(guó)氣象衛(wèi)星給地球“拍照”水平將大大提升，達(dá)到世界先進(jìn)水平?！　　　≈袊?guó)航天科技集團(tuán)公司八院的專(zhuān)家揭曉了其中兩大關(guān)鍵技術(shù)?！　　　≡陲L(fēng)云四號(hào)圖像定位與配準(zhǔn)主任設(shè)計(jì)師呂旺看來(lái)，風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星在宇宙的成像，與在地面使用相機(jī)拍照頗有幾分相似，“地面用長(zhǎng)焦距的相機(jī)拍照，需要三腳架;而風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星‘焦距’有3米多，懸浮在空中，沒(méi)有三腳架，還有各種因素干擾‘拍照’。”　　　　呂旺說(shuō)，如果沒(méi)有一定的修正技術(shù)，這樣給地球拍出來(lái)的“寫(xiě)真”并不準(zhǔn)確?！　　　?ldquo;有多不準(zhǔn)呢？我們分析，如果不通過(guò)校正，圖像錯(cuò)位和偏移程度可能達(dá)到幾十公里的量級(jí)，比如預(yù)報(bào)在上海浦東機(jī)場(chǎng)下的一場(chǎng)雨，有可能實(shí)際是下在上海虹橋機(jī)場(chǎng)”，呂旺說(shuō)。　　　　再打個(gè)比方，他說(shuō)，如果要給整個(gè)地球拍一幅4億像素的照片，并不是“咔嚓”一次就拍出來(lái)了，“因?yàn)闆](méi)有這么大的畫(huà)幅，就算有，目前也沒(méi)有這么高的分辨率”?！　　　瓮f(shuō)，風(fēng)云四號(hào)的“拍照”過(guò)程是通過(guò)一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)，“像一個(gè)小刷子一樣，將整個(gè)地球一點(diǎn)點(diǎn)刷完，一共預(yù)估要刷15分鐘。”他解釋?zhuān)谒⒌倪^(guò)程中，由于誤差干擾的原因，刷的路徑就會(huì)歪。　　　　因此，為了讓氣象衛(wèi)星給地球的照片能夠盡量真實(shí)，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星均采用了一項(xiàng)特有的關(guān)鍵技術(shù)——圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)。與風(fēng)云二號(hào)采取云圖傳回后，在地面進(jìn)行處理的方式不同，風(fēng)云四號(hào)對(duì)技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，能在衛(wèi)星上實(shí)時(shí)完成對(duì)掃描路徑的校正，保證下傳的圖像直接實(shí)現(xiàn)定位配準(zhǔn)。　　　　“圖像定位與配準(zhǔn)，與開(kāi)車(chē)時(shí)所用的GPS導(dǎo)航類(lèi)似，如果定位與配準(zhǔn)系統(tǒng)感知外界影響因素導(dǎo)致刷子刷歪了，會(huì)發(fā)出信號(hào)直接對(duì)載荷進(jìn)行校正，讓它偏回來(lái)”，呂旺解釋?zhuān)@樣一來(lái)，采樣數(shù)據(jù)可以更完整地保存下來(lái)，避免以往依靠地面處理而導(dǎo)致的輻射精度損失，同時(shí)提高工作效率。”　　　　據(jù)悉，風(fēng)云四號(hào)的衛(wèi)星圖像定位與配準(zhǔn)精度達(dá)到1像元，即在36000公里高空對(duì)地“拍照”誤差控制在1公里之內(nèi)，補(bǔ)償效率到達(dá)98.8%，與美國(guó)發(fā)射的GOES-R衛(wèi)星相當(dāng)?！　　　瓮f(shuō)，該項(xiàng)技術(shù)，加之“微振動(dòng)測(cè)量與抑制”的防抖技術(shù)，給衛(wèi)星提供了一個(gè)比任何三腳架都穩(wěn)的成像條件?！　　　∷约暗奈⒄駝?dòng)測(cè)量與抑制技術(shù)也是此次風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星上不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星與國(guó)際同期的新一代靜止氣象衛(wèi)星，比如今年11月發(fā)射的美國(guó)GOES-R衛(wèi)星和歐洲正在研制的MTG衛(wèi)星相比，在成像觀測(cè)能力方面相當(dāng)?！　　　〉?、歐由于技術(shù)、經(jīng)費(fèi)等方面的因素，把掃描成像輻射計(jì)和干涉式垂直大氣探測(cè)儀，分別裝在兩顆衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)成像觀測(cè)和垂直探測(cè)，以避免兩臺(tái)大型光學(xué)儀器運(yùn)動(dòng)部件帶來(lái)的動(dòng)力學(xué)干擾等技術(shù)問(wèn)題。風(fēng)云四號(hào)則“以一頂倆”，在同一衛(wèi)星平臺(tái)上裝載了這兩種載荷?！　　　“嗽?09所副所長(zhǎng)周徐斌介紹，其中，可以給大氣進(jìn)行“CT掃描”的干涉式大氣垂直探測(cè)儀特別“嬌貴”。　　　　“這是非常敏感的儀器，過(guò)去在地面使用時(shí)，一般放在地下室，旁邊挖個(gè)隔振溝，再營(yíng)造一個(gè)消聲的環(huán)境;而現(xiàn)在我們放到天上工作，旁邊有高速轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪，還有掃描成像輻射計(jì)等，這些都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)”，周徐斌說(shuō)?！　　　∷硎?，干涉式大氣垂直探測(cè)儀對(duì)振動(dòng)如此敏感，若處在一個(gè)不夠安靜的環(huán)境，性能就會(huì)下降，甚至不能工作。　　　　因此，風(fēng)云四號(hào)的研制團(tuán)隊(duì)通過(guò)高精度隔振系統(tǒng)等的研制，給儀器安上“軟沙發(fā)”，克服了微振動(dòng)影響，微振動(dòng)抑制效率達(dá)到90%以上?！　　　纱箨P(guān)鍵技術(shù)助力風(fēng)云四號(hào)給地球拍出更好的“寫(xiě)真”，將歷史性地提升中國(guó)衛(wèi)星的氣象觀測(cè)能力和水平?！　　　≡?1日成功發(fā)射的中國(guó)新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星首發(fā)星風(fēng)云四號(hào)上，與傳統(tǒng)衛(wèi)星“雙翅膀”構(gòu)型的太陽(yáng)電池翼不同，風(fēng)云四號(hào)以T型“單翅膀”首次亮相太空?！　　　≈袊?guó)航天科技集團(tuán)公司八院805所的研制者于此間揭秘：在三萬(wàn)六千公里的高空作業(yè)，卻只能安裝一個(gè)“翅膀”，“風(fēng)四”何以保持平衡？　　　　有顏值——T型太陽(yáng)翼首次亮相太空　　　　太陽(yáng)電池翼是衛(wèi)星的關(guān)鍵部件之一，與太陽(yáng)能熱水器類(lèi)似它通過(guò)安裝在其表面的電池片吸收太陽(yáng)能，并將其源源不斷的供給衛(wèi)星?，F(xiàn)代衛(wèi)星受功率需求限制，為了實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)電面積，一般采用可展開(kāi)式的太陽(yáng)翼，并在根部通過(guò)電機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)電池翼轉(zhuǎn)動(dòng)?！　　　∫话阈l(wèi)星均是圍繞地球而不是太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，如果是固定式的太陽(yáng)翼很多時(shí)候就無(wú)法照到太陽(yáng)光，所以太陽(yáng)電池翼需要和向日葵一樣對(duì)著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，保證電池板面朝太陽(yáng)從而獲得最大的發(fā)電效率?！　　　鹘y(tǒng)衛(wèi)星的太陽(yáng)翼都是雙翼構(gòu)型，分布在衛(wèi)星的兩側(cè)，就像兩只展開(kāi)的翅膀。　　　　風(fēng)云四號(hào)作為新一代氣象衛(wèi)星，其功能十分強(qiáng)大，星上載荷眾多，盡管其六面體的身板已經(jīng)不小了，但是分配給太陽(yáng)電池翼的指標(biāo)是，只有一側(cè)能安裝太陽(yáng)電池翼。但風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星的主要作用是精準(zhǔn)地進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)，前提是精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)地觀測(cè)，“翅膀”不穩(wěn)定怎么行？　　　　八院805所的研制者首次給衛(wèi)星的太陽(yáng)電池翼設(shè)計(jì)了炫酷的“T”構(gòu)型，令其保持自身平衡，抗干擾能力強(qiáng)，從而給衛(wèi)星提供穩(wěn)定電能?！　　　?ldquo;為了保證衛(wèi)星的高姿態(tài)穩(wěn)定度，全新設(shè)計(jì)的T構(gòu)型大大縮短了太陽(yáng)翼質(zhì)心和衛(wèi)星的距離，一旦太陽(yáng)翼發(fā)生晃動(dòng)或者抖動(dòng)，對(duì)衛(wèi)星的干擾也是非常小的。”805所太陽(yáng)電池翼副主任設(shè)計(jì)師王威介紹說(shuō)。　　　　他形容，“就跟人保持穩(wěn)定的原理是相似的，人伸開(kāi)雙臂容易被拉動(dòng)或拉倒，把雙臂緊貼身體就相對(duì)穩(wěn)定多了。”　　　　靠智慧——把運(yùn)動(dòng)耦合扼殺在搖籃里　　　　太陽(yáng)電池翼的主要功能是通過(guò)太陽(yáng)電池片吸收太陽(yáng)能，將其轉(zhuǎn)化為電能，并源源不斷地提供給衛(wèi)星，為了保證太陽(yáng)光能夠盡可能的直射電池片，太陽(yáng)電池翼一直在圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，在這個(gè)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)耦合，而運(yùn)動(dòng)耦合一旦發(fā)生，衛(wèi)星將產(chǎn)生劇烈“晃動(dòng)”，輕則影響觀測(cè)精度，重則使衛(wèi)星受到損壞?！　　　?zhuān)家介紹，其實(shí)運(yùn)動(dòng)耦合并不是航天器特有的，日常生活中也存在?！　　　∨e個(gè)簡(jiǎn)單的例子，用洗衣機(jī)脫水時(shí)，機(jī)器在剛啟動(dòng)和最高速時(shí)，機(jī)器的振動(dòng)都不大，但是當(dāng)洗衣機(jī)轉(zhuǎn)筒在某一速度的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)頻率產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)耦合時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)放大?！　　　∧切l(wèi)星在太空運(yùn)行是會(huì)不會(huì)與太陽(yáng)翼發(fā)生運(yùn)動(dòng)耦合現(xiàn)象呢？　　　　據(jù)八院805所的專(zhuān)家介紹，受地球重力和衛(wèi)星體積的限制，地面真實(shí)模擬其太空運(yùn)行的成本太高，研制人員通過(guò)摸清太陽(yáng)電池翼自身的頻率特性，從設(shè)計(jì)上錯(cuò)開(kāi)兩者會(huì)引發(fā)運(yùn)動(dòng)耦合的頻率?！　　　?ldquo;測(cè)量計(jì)算太陽(yáng)翼的頻率并不復(fù)雜，使其懸掛擺動(dòng)起來(lái)進(jìn)行測(cè)試便可，復(fù)雜的是怎樣使太陽(yáng)翼懸掛變動(dòng)，”八院805所太陽(yáng)翼產(chǎn)品首席張雷介紹說(shuō)，“懸掛式固定不牢怕太陽(yáng)翼?yè)p壞，固定太牢產(chǎn)品的頻率就測(cè)試不準(zhǔn)了。”　　　　為了解決這一難題，研制人員動(dòng)了不少腦筋，最終采用牽線木偶的形式，通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的細(xì)線將太陽(yáng)翼吊起，并通過(guò)氣浮機(jī)構(gòu)使得細(xì)線的長(zhǎng)度能隨著太陽(yáng)翼晃動(dòng)縮短或變長(zhǎng)，從而保證測(cè)試出產(chǎn)品最真實(shí)的頻率特性，有效避免了兩者運(yùn)動(dòng)耦合現(xiàn)象的發(fā)生，確保衛(wèi)星安全、穩(wěn)定運(yùn)行?！　　?/span>