中科院成功研制干涉式大氣垂直探測(cè)儀 實(shí)現(xiàn)代紀(jì)跨越

【亞洲儀表網(wǎng)】近日，據(jù)中科院上海技術(shù)物理研究所獲悉，該所研制的多通道掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀在衛(wèi)星上同時(shí)運(yùn)行，也經(jīng)受住了考驗(yàn)，并在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了高時(shí)效的對(duì)地三維大氣探測(cè)。

中科院成功研制干涉式大氣垂直探測(cè)儀 實(shí)現(xiàn)代紀(jì)跨越

去年底發(fā)射升空的我國(guó)第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)A衛(wèi)星2月26日首次進(jìn)入地影，自從升空后，有效載荷就已順利開(kāi)機(jī)，陸續(xù)傳回大量氣象探測(cè)數(shù)據(jù)，星上設(shè)備經(jīng)受住了第一輪太空中巨大溫差變化的嚴(yán)酷考驗(yàn)。

干涉式大氣垂直探測(cè)儀是國(guó)際上第一臺(tái)在地球靜止軌道衛(wèi)星上運(yùn)行的紅外高光譜設(shè)備。據(jù)項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師丁雷副所長(zhǎng)介紹，該儀器相當(dāng)于把實(shí)驗(yàn)室的高精度分析儀器放到了3.6萬(wàn)千米以外的軌道上，以光線干涉方式，對(duì)地面目標(biāo)實(shí)施大氣垂直分布剖面的長(zhǎng)期連續(xù)探測(cè)。在長(zhǎng)波紅外和中波紅外波段，更是可以實(shí)現(xiàn)1500個(gè)以上細(xì)分光譜的探測(cè)，這相當(dāng)于給大氣做超過(guò)1500層的精細(xì)“立體CT”。它為人類深入研究大氣對(duì)流，更精細(xì)預(yù)測(cè)災(zāi)害性天氣，提供了新的可能。

世界氣象組織空間計(jì)劃衛(wèi)星事務(wù)資深咨詢專家蒂爾曼·莫爾表示，風(fēng)云四號(hào)的載荷已與日本、美國(guó)、歐洲和韓國(guó)最先進(jìn)的靜止氣象衛(wèi)星水平相當(dāng)，“國(guó)際氣象界都在迫切盼望使用這種新型數(shù)據(jù)”。

與1997年升空的風(fēng)云二號(hào)相比，風(fēng)云四號(hào)的多通道掃描成像輻射計(jì)也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的代際跨越。它每15分鐘就可以對(duì)地球圓盤掃描成像一次，還新增高速區(qū)域掃描功能，能以最快30秒獲取一張圖的速度，對(duì)100萬(wàn)平方公里范圍進(jìn)行多光譜密集觀測(cè)。而且，“風(fēng)云四號(hào)采用不同于以往自旋方式的架構(gòu)，這需要儀器能夠適應(yīng)極大的溫差變化。”項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師王淦泉說(shuō)，這是世界級(jí)難題，歐洲空間局就因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)難度太大而未敢在業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星上嘗試。

據(jù)悉，儀器的每一組鏡頭都由40多個(gè)鏡片組成，而它們的變形誤差必須小于1微米。即使在地面上，一陣輕風(fēng)吹過(guò)或在旁邊打個(gè)手機(jī)，都會(huì)影響它的精度。上海技物所的科研人員對(duì)儀器進(jìn)行了巧妙熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主動(dòng)溫控精度可以達(dá)到士0.1℃，能在-130℃到150℃的劇烈溫差下穩(wěn)定工作。

通過(guò)近20年的努力，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后破解了亞秒級(jí)指向精度的碳化硅雙掃描鏡二維掃描機(jī)構(gòu)研制技術(shù)、高靈敏度面陣探測(cè)器技術(shù)、甚長(zhǎng)波紅外探測(cè)技術(shù)等技術(shù)難題，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白，實(shí)現(xiàn)了所有核心技術(shù)自主研發(fā)，成功打造出新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星的兩只“中華慧眼”。

“中華慧眼”實(shí)現(xiàn)代際跨越

太空中，剛從太陽(yáng)的炙烤中鉆入地影，去年年底發(fā)射上天的風(fēng)云四號(hào)靜止軌道氣象衛(wèi)星上，兩臺(tái)完成代際技術(shù)跨越的儀器———新一代掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀，經(jīng)受住了太空中巨大溫差變化的殘酷考驗(yàn)，源源不斷地下傳遙感數(shù)據(jù)。

地面上，他們的研制者———中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所風(fēng)四載荷團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們，長(zhǎng)長(zhǎng)松了口氣。15年的堅(jiān)持與付出。首席科學(xué)家華建文說(shuō)，這輩子能夠啃下這塊讓美國(guó)、歐洲都知難而退的硬骨頭，值了!

離地面3.6萬(wàn)公里的地球靜止軌道上，這對(duì)嶄新的“中華慧眼”正傳回大量“中國(guó)數(shù)據(jù)”。其中部分?jǐn)?shù)據(jù)是國(guó)際氣象界迫切期望使用的，除了中國(guó)的風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星，目前沒(méi)有任何一顆在軌衛(wèi)星能夠提供。

當(dāng)別人放棄時(shí)，我們堅(jiān)持

“沒(méi)有輻射計(jì)，就不是風(fēng)四;沒(méi)有探測(cè)儀，就不是中國(guó)的風(fēng)四?！鄙虾＜嘉锼彼L(zhǎng)、探測(cè)儀主任設(shè)計(jì)師丁雷這句話所指的，是十幾年前，中科院院士匡定波力排眾議，支持研制干涉式大氣垂直探測(cè)儀的魄力。

1997年風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星剛上天，下一代風(fēng)云衛(wèi)星就已開(kāi)始規(guī)劃?？锒úㄌ岢?，應(yīng)該發(fā)展干涉式大氣垂直探測(cè)儀。這種利用傅立葉變換原理的探測(cè)儀，可以為大氣做“超級(jí)CT”———把大氣從地面開(kāi)始“切片”，將100公里大氣切成上千層，測(cè)出每一層的溫度、濕度等數(shù)值，為災(zāi)害性天氣監(jiān)視和大氣化學(xué)成分探測(cè)服務(wù)。

“比如青藏高原的冷空氣下沉，并流向東部，抬升那里的熱空氣。這個(gè)變化過(guò)程原來(lái)主要是理論推測(cè)，沒(méi)有實(shí)際觀測(cè)到過(guò)。”丁雷說(shuō)，而探測(cè)儀獲得的數(shù)據(jù)可能讓人類首次真切“看”到這個(gè)過(guò)程。

這是遙感領(lǐng)域紅外光譜技術(shù)的一場(chǎng)革命。早先，美國(guó)、歐洲都在朝這個(gè)方向努力，但到2006年，由于技術(shù)難度過(guò)大、所需經(jīng)費(fèi)太多，美國(guó)放棄了，歐洲也大幅調(diào)整了計(jì)劃。