风云四号:我国卫星气象观测能力和水平全面升级

2016-12-30 11:30:08    来源:中国科技网

摘要:12月11日零时11分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星。

  12月11日零时11分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星。

  据国家国防科技工业局介绍,风云四号卫星实现了我国静止轨道气象卫星升级换代和技术跨越,将对我国及周边地区的大气、云层和空间环境进行高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的观测,大幅提高天气预报和气候预测能力。

  国家国防科技工业局副局长吴艳华表示,风云四号卫星是我国静止轨道气象卫星从第一代(风云二号)向第二代跨越的首发星,也是我国首颗地球同步轨道三轴稳定定量遥感卫星,使用全新研制的SAST5000平台,设计寿命7年。卫星成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等20余项核心关键技术,装载四种先进有效载荷,整体性能达到国际先进水平。

  风云四号的主用户为中国气象局。卫星投入使用后,可更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测。卫星装载的闪电成像仪能1秒钟拍500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度,在国内首次提供闪电预警。风云四号能每3分钟对台风区域进行观测,可弥补目前在轨卫星云图分辨率不够高的缺点,还将对灾害及环境监测、人工影响天气、空间天气研究等提供有力支撑。

  风云四号卫星工程由国家国防科技工业局组织实施。卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团八院、一院研制,测控通信系统由西安卫星测控中心负责,地面应用系统建设由中国气象局国家卫星气象中心负责。

  振动带来的影响 吹口气的扰动也要消除

  我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星。

  要拍出精美的照片,保持相机稳定至关重要,功能强大的防抖技术早已成为各相机厂家的重要卖点。同样,卫星对地成像时,也要考虑振动带来的影响。

  卫星在轨运行期间,飞轮、制冷机等活动部件难免会带来细微的振动。但对风云四号而言,其配置的干涉式大气垂直探测仪对外界振动干扰极其敏感,哪怕只是在旁边吹口气,都会导致产生无法甄别或消除的谱线;振动还会造成探测仪、辐射计扫描机构的控制精度下降,将直接影响载荷性能指标。

  为此,研制团队对星上10余个转动部件的振动特性与传递路径进行了分析、试验,成功研制了振源隔振装置和有效载荷隔振装置,如同让载荷坐上了“软沙发”,微振动抑制效率超过90%,创造了良好的力学环境。

  万里之外指哪打哪 0.1度的变化都能感知

  静止轨道气象卫星

  静止轨道气象卫星运行于地球赤道上方35800公里高空,拍摄气象云图时,镜头的丝毫偏移,相对地面可能就是数百公里的差别。“瞄得准”成为首要前提。同时,卫星成像类似打印机,图像是一行行扫描拼接而成,这也要求卫星“对得准”,保证相邻图像的相对位置关系配准精确。定位与配准的精度,将直接影响遥感数据的质量。但风云四号指标精度大幅提高,星上实时配准效果要优于地面配准,因而图像定位与配准技术成为关键技术之一。该技术可通过对卫星扫描成像的各种影响因素进行实时计算和补偿,消除偏差影响,实现“无姿态偏差、无轨道偏差、无热变形偏差”成像。

  数值天气预报已成为当前制作日常天气预报的主要方法,其前提是精确获取大气观测参数,为复杂的大气环境动力学方程提供初始条件。而气象卫星的功能除了获取云图,更重要的就是获取准确、定量化的大气和地表观测信息。针对越来越高的定量遥感需求,风云四号在性能上比前代卫星有大幅提升。该卫星搭载的多通道扫描成像辐射计拥有14个辐射成像通道,覆盖可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段,星上辐射定标精度达到1K、灵敏度达0.1K。该设备还能通过不同光谱通道观测,对全国植被覆盖、粮食亩产等做出预估。

  风云四号在国际上静止轨道气象卫星中首次装载了干涉式大气垂直探测仪,光谱探测通道达1700个,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测,如同对大气进行CT扫描。其获取的高光谱大气数据,可进一步提高天气预报的准确性。此外,星上还装有我国自主研制的闪电成像仪,每秒可拍摄500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度。它将实现对强对流天气的监测与跟踪,在国内首次提供闪电灾害预警。天气预报极为复杂,涉及数十种遥感数据产品的应用。风云四号正式投入业务运行后,将提供云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等34种数据产品。

  极高的可靠性 全年无休工作不怕累

  气象卫星

  气象卫星必须一天24小时、全年365天无休工作,提供连续、稳定的数据,尤其是风云卫星数据被全球90多个国家和地区使用,这要求风云四号具备极高的可靠性。

  为此,研制团队为它打造了角秒级测量和控制精度的高轨三轴稳定平台——SAST5000平台。风云四号卫星工程总师李卿介绍,该平台首次采用了六面柱体构型,具有承载能力大、质心低、力学响应小、对地面大等特点。星上还采用了双总线体制、高性能AOS技术、大功率电源、整星防静电技术、整星防污染技术等一系列关键技术,设计寿命达7年之久。

  李卿表示,随着风云四号的发射和应用,以及地面应用系统数十项项卫星气象产品的开发,我国卫星气象事业将实现质的飞跃。

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