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风云四号气象卫星是目前世界上最先进的静止气象卫星,综合体现了中国气象与航天科技水平,是“智慧气象”的重要成果之一.这颗承载了几代人心血和梦想的卫星实现了多个“世界之最”：全球首次在静止轨道实现了干涉式高光谱大气垂直探测,全球首次将成像辐射计、大气垂直探测仪、闪电成像仪等多个载荷装载在一颗卫星上.
“风云卫星”家族史
说起风云四号卫星,就需要给大家介绍一下中国气象卫星“风云卫星”的家族史.众所周知,气象卫星按照运行轨道主要分为两类：极轨气象卫星和静止气象卫星.极轨气象卫星是绕着地球南北两极飞行的卫星,风云极轨气象卫星轨道高度在800千米左右,可以获得全球的观测资料,是我们派出国际的“巡逻兵”—遍查世界范围风云变幻;静止气象卫星则是在赤道上空35 800千米的静止轨道上运行的卫星,可以对地球1/3面积实现连续不间断的观测,是驻守在我们祖国上空的“观察哨”—关注华夏大地阴晴冷暖.我们的风云气象卫星也分为极轨和静止两个系列,风云一号、三号是极轨卫星,风云二号、四号是静止卫星.
风云四号卫星作为我国的第二代静止卫星,采用三轴稳定工作方式,这种方式可以保证卫星的观测仪器长时间连续对地观测,相对于风云二号卫星的自旋稳定工作方式,大大提高了观测效率.简单来说,就是风云二号像一个在太空中不断旋转的“陀螺”,转一圈用时600毫秒,对地球的有效观测时间是33毫秒;而风云四号则像在太空中支起了一个“三脚架”,可以一直对准地球进行观测.然而这种工作方式的改变,背后却包含着大量技术难关的攻克.
在太空中,太阳的光压和带来的辐射温度的变化对卫星运行有着非常重要的影响,自旋的“陀螺”可以通过旋转均匀受热,保证卫星的热量均衡和姿态稳定.而到了三轴稳定的三脚架,太阳照射的一面和背对太阳的一面温度差异高达几百摄氏度,巨大的热形变给卫星平台工作和图像定位配准带来了超乎想象的困难.美国在发射第一颗三轴稳定静止卫星时,就曾因技术难题一再推迟发射时间.风云四号卫星和地面应用系统的技术团队提出了独特的星地一体化技术路线,突破了关键技术,实现了基于测量的高精度实时图像导航和配准,在轨运行的结果验证显示,完全达到了预计指标要求.
“四大天王”威力无穷
风云四号卫星除了姿态稳定方式上的进步外,最重要的就是搭载了四个先进的观测仪器,这“四大天王”就是多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像儀和空间天气监测仪.其中扫描成像辐射计的通道数量由风云二号的5个增加到14个;观测时间分辨率提高1倍,可每15分钟实现一次全圆盘扫描,最快可以每1分钟生成一次区域观测图像;最高空间分辨率较风云二号提高近6倍,达到500米.
干涉式大气垂直探测仪实现了静止轨道晴空大气的高精度温度、湿度廓线探测,其观测能力是现有地面测空系统的上千倍,将为提高天气预报准确率和精细化水平提供重要助力.简单来说,成像辐射计和大气垂直探测仪就像照相机和CT仪,成像计是对大气拍照片,观测快速运动的大气;垂直探测仪则是对晴空大气做CT扫描,实现大气垂直结构上的切片观测,可谓是“看穿大气的天眼”.
闪电成像仪首次实现了亚太地区卫星闪电成像观测,可对中国及周边区域闪电分布进行连续监测,为强对流天气的监测和跟踪提供全新的观测手段,提高对雷电和暴雨等灾害预警水平.
空间天气探测仪精度较风云二号有显著提高,通道数量和探测要素大幅增加,此外,风云四号卫星也是中国首颗同时搭载空间环境和效应探测仪器的静止轨道卫星,将进一步增强中国空间天气监测能力.
在轨测试期间,风云四号卫星对台风、沙尘、暴雨强对流等灾害天气和蓝藻水华、霾等环境生态问题进行了实时有针对性的应用监测.此外,风云四号卫星还在“一带一路”国际合作高峰论坛、金砖国家领导人会晤等重大活动气象保障服务中发挥了重要作用,显著提升了遥感应用服务效果.
风云四号卫星是中国历史上投资最多、研制时间最长、技术难度最大的对地遥感卫星,也是中国气象卫星在世界气象卫星领域从跟跑、并跑转向领跑的实现者和见证者.
2017年9月25日是中国新一代静止轨道气象卫星风云四号在轨交付的日子.为了庆祝风云四号取做到的巨大突破,微信启动页首次“变脸”,展示风云四号拍摄到的祖国画面.
风云论文参考资料：
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