中科院上海技物所先進(jìn)儀器助力我國(guó)氣象事業(yè)跨代發(fā)展

　　作為我國(guó)第二代極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)星，風(fēng)云三號(hào)A衛(wèi)星自2008年5月27日入軌工作，至今運(yùn)行滿(mǎn)十年，已被世界氣象衛(wèi)星協(xié)調(diào)組織列入新一代世界極軌氣象衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)。
 

 

2018年2月成像儀器獲取的原始數(shù)據(jù)圖像
 

　　縱觀全球風(fēng)云變幻
 

　　風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星是為滿(mǎn)足中國(guó)天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面迫切需求而建設(shè)的新一代極軌氣象衛(wèi)星。1994年“新一代極軌氣象衛(wèi)星”列入航天技術(shù)“九五”規(guī)劃，2000年11月國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)立項(xiàng)“風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星”。風(fēng)云三號(hào)的目標(biāo)是獲取地球大氣環(huán)境的三維、全球、全天候、多光譜、定量、高精度資料。它的升空入軌，標(biāo)志著我國(guó)極軌氣象衛(wèi)星和衛(wèi)星氣象事業(yè)成功地實(shí)現(xiàn)了技術(shù)換代，實(shí)現(xiàn)了新的跨越發(fā)展。
 

　　中科院上海技術(shù)物理研究所圍繞我國(guó)大氣探測(cè)戰(zhàn)略需求，瞄準(zhǔn)國(guó)際上空間遙感技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，為風(fēng)云三號(hào)A衛(wèi)星研發(fā)了自主可控的氣象探測(cè)光學(xué)主載荷和單機(jī)：掃描輻射計(jì)、中分辨率光譜成像儀、紅外分光計(jì)、地球輻射探測(cè)儀，以及紅外地平儀。載荷具備單軌覆蓋3000公里、多光譜、三維垂直探測(cè)、定量遙感探測(cè)等功能，為衛(wèi)星獲取全球資料和進(jìn)行多種要素綜合探測(cè)提供了技術(shù)升級(jí)路徑，支撐我國(guó)氣象衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了從單一遙感成像到地球環(huán)境綜合探測(cè)、從公里級(jí)分辨率到百米級(jí)分辨率的大幅提升。
 

　　繼承超越比肩歐美
 

　　上海技術(shù)物理研究所貢獻(xiàn)的四臺(tái)有效載荷均為風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行所需，除十通道掃描輻射計(jì)尚有風(fēng)云一號(hào)經(jīng)驗(yàn)可供借鑒和部分繼承外，其余三臺(tái)光學(xué)遙感儀器均為我國(guó)首次研制，性能已達(dá)到并且部分超越當(dāng)時(shí)運(yùn)行的國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。
 

　　掃描輻射計(jì)作為衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用連續(xù)觀測(cè)的有效載荷基本配置，主要任務(wù)是獲取共十個(gè)波段的地球二維景像信息，以1.1公里分辨率發(fā)送、處理并作全球圖像記錄。中分辨率成像光譜儀主要任務(wù)是對(duì)地球的海洋、陸地、大氣進(jìn)行全球動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高中國(guó)天氣預(yù)報(bào)、氣候變化研究和地球環(huán)境監(jiān)測(cè)能力，具有百米分辨率成像能力。作為風(fēng)云系列衛(wèi)星中的新載荷，它具有新技術(shù)多、功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能指標(biāo)要求高等特點(diǎn)，研制難度相當(dāng)大，相關(guān)技術(shù)積累和儲(chǔ)備長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。紅外分光計(jì)主要任務(wù)是探測(cè)大氣溫度、濕度輪廓線(xiàn)、臭氧總含量、云參數(shù)和氣溶膠等，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候變化研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供重要參數(shù)。地球輻射探測(cè)儀承擔(dān)探測(cè)地氣系統(tǒng)的長(zhǎng)波輻射及地氣系統(tǒng)反射的太陽(yáng)輻射，為中長(zhǎng)期氣候變化研究提供精確輻射信息的任務(wù)。
 

　　經(jīng)過(guò)十年在軌運(yùn)行，風(fēng)云三號(hào)A衛(wèi)星目前工作在晨昏軌道，上海技術(shù)物理研究所研制的成像載荷均隨衛(wèi)星正常運(yùn)行，超期服役8年，紅外地平儀工作正常，為提高氣象預(yù)報(bào)精度和防災(zāi)減災(zāi)、保證衛(wèi)星的連續(xù)穩(wěn)定工作發(fā)揮了重要作用，取得了良好的社會(huì)效益。幾臺(tái)載荷在軌工作以來(lái)，獲得了大量對(duì)地成像、探測(cè)遙感數(shù)據(jù)，由地面應(yīng)用系統(tǒng)處理生成了多項(xiàng)遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品，直接應(yīng)用于全球及中國(guó)地區(qū)重要天氣、環(huán)境事件以及氣候變化等方面的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和分析。
 

　　探索創(chuàng)新永無(wú)止境
 

　　上海技術(shù)物理研究所在承擔(dān)研制風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星有效載荷的過(guò)程中，瞄準(zhǔn)當(dāng)時(shí)歐洲正在研制的METOP衛(wèi)星、美國(guó)開(kāi)展研發(fā)的NPOESS計(jì)劃以及即將研制的NPP極軌氣象衛(wèi)星的有效載荷技術(shù)，突破多項(xiàng)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了所有核心技術(shù)的自主研發(fā)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)中國(guó)空間有效載荷研制技術(shù)從“跟跑”到“并跑”的發(fā)展。在經(jīng)年累月的技術(shù)攻關(guān)中，每個(gè)技術(shù)方案被推翻三四次是常事，甚至整套設(shè)計(jì)方案被推倒重來(lái)，目標(biāo)就是趕上國(guó)際最高技術(shù)水準(zhǔn)。風(fēng)云三號(hào)這四臺(tái)載荷的相關(guān)技術(shù)成果先后獲得兩項(xiàng)上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、兩項(xiàng)上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2017年中國(guó)科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)，同時(shí)也支撐了風(fēng)云三號(hào)A衛(wèi)星獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
 

　　在風(fēng)云三號(hào)A星的基礎(chǔ)上，上海技術(shù)物理研究所研制的多臺(tái)有效載荷在B、C、D星上持續(xù)運(yùn)行。升空半年有余的風(fēng)云三號(hào)D星中分率光譜成像儀已開(kāi)始源源不斷回傳高質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括8K高清真彩色地球影像在內(nèi)的25個(gè)光譜通道成像數(shù)據(jù)，還原了一個(gè)最真實(shí)的地球。成像儀多個(gè)通道的空間分辨率達(dá)250米，幅寬超過(guò)2800公里，每天都能將全球“掃”2遍。D星另一臺(tái)先進(jìn)光學(xué)載荷——紅外高光譜探測(cè)儀，則采用新的光學(xué)設(shè)計(jì)方案，將九個(gè)光學(xué)零件集成在一個(gè)探測(cè)器組件上，可有效提升靈敏度——大氣溫度分辨能力可達(dá)到0.1℃。它提供的數(shù)據(jù)能使我國(guó)大氣溫度和大氣濕度廓線(xiàn)反演精度在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到顯著提升，進(jìn)一步提高中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。
 

　　目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展風(fēng)云三號(hào)03批衛(wèi)星的有效載荷研制工作，目標(biāo)是繼續(xù)做該領(lǐng)域的世界翹楚。這給團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了無(wú)與倫比的成就感，是團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持20多年的動(dòng)力，更是吸引諸多年輕人投身這項(xiàng)科學(xué)事業(yè)的重要原因。
 

　　(原文標(biāo)題：風(fēng)云三號(hào)A衛(wèi)星運(yùn)行滿(mǎn)十年 上海技物所先進(jìn)載荷助力氣象事業(yè)跨代發(fā)展)