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4月16日9時36分，我國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星——風云三號G星，搭乘長征四號乙運載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。這是繼美國、日本聯(lián)合發(fā)射專用降水測量衛(wèi)星之后國際上第三顆發(fā)射的主動降水測量衛(wèi)星，全球降水測量衛(wèi)星家族首添“中國造”。自此，我國成為全球唯一同時業(yè)務(wù)運行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

(資料圖片)

中國氣象局黨組書記、局長陳振林表示，風云三號G星是第20顆風云氣象衛(wèi)星，它的成功發(fā)射進一步完善了我國低軌氣象衛(wèi)星星座組網(wǎng)布局，有助于發(fā)揮我國低軌氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，將顯著改善全球暴雨等災(zāi)害早期預警能力。截至目前，我國共有8顆風云氣象衛(wèi)星在軌運行，正持續(xù)為全球126個國家和地區(qū)提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

這顆衛(wèi)星有何亮點和特點？將對全球氣象觀測和服務(wù)產(chǎn)生什么影響？國家衛(wèi)星氣象中心副主任、風云三號極軌衛(wèi)星地面系統(tǒng)總指揮張鵬和風云三號G星地面系統(tǒng)總設(shè)計師谷松巖接受了采訪，詳細解讀風云三號G星技術(shù)特性、功能及創(chuàng)新突破。

國內(nèi)首顆、世界第三顆降水測量氣象衛(wèi)星

作為我國自主研制并達到國際先進水平的第二代極軌氣象衛(wèi)星，風云三號系列衛(wèi)星大部分屬于近極地太陽同步軌道衛(wèi)星，分布在離地球800多公里的太空中。而風云三號G星的軌道高度在407公里，屬于非太陽同步傾斜軌道，且不經(jīng)過極地，外觀也與其他風云三號衛(wèi)星不同。它為何如此特殊？

“特殊軌道、特殊外觀取決于它特殊的使命——解決臺風等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強降水監(jiān)測問題，為世界提供全球中低緯地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息，因此我們也稱它為‘降水星’。”張鵬說。

據(jù)介紹，降水是水循環(huán)的重要組成部分，在氣候變化背景下，氣象災(zāi)害頻發(fā)，對降水系統(tǒng)瞬時結(jié)構(gòu)和全球分布特征的認識，成為人們防災(zāi)減災(zāi)、理解全球氣候變化的重要內(nèi)容。

目前，我國已建成比較完備的地面監(jiān)測網(wǎng)，其中地面降水雷達在監(jiān)測降水三維信息方面發(fā)揮了巨大作用，但它在廣袤海域或地形復雜等地區(qū)存在監(jiān)測盲區(qū)。而衛(wèi)星在監(jiān)測這些區(qū)域方面具有特殊優(yōu)勢，那么如何將降水雷達搬到衛(wèi)星上，實現(xiàn)強強聯(lián)合？張鵬表示，研制風云三號G星的目的就在于此，在太空中實現(xiàn)對降水結(jié)構(gòu)的三維滴譜探測，地空天協(xié)同，解決地面降水監(jiān)測盲區(qū)的問題。

風云三號G星上配置有雙頻降水測量雷達、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀4個業(yè)務(wù)載荷和高精度定標器、短波紅外偏振多角度成像儀兩個試驗載荷。通過主動降水雷達、微波降水遙感和紅外降水估計，可以提供降水結(jié)構(gòu)的三維立體監(jiān)測信息，這對于我國強降水監(jiān)測預報預警、降水機理研究和支撐人工影響天氣業(yè)務(wù)開展，具有非常重要的意義。

此外，張鵬表示，風云三號G星是中國發(fā)射的國內(nèi)首顆、國際第三顆降水測量氣象衛(wèi)星，它將進一步發(fā)揮低軌氣象衛(wèi)星完備觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，在氣象災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域向世界貢獻中國智慧和風云方案。

十余年磨礪，實現(xiàn)多項國內(nèi)首次

時間回撥至十七年前，2006年，第二代極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)星風云三號A星正處于后期工程研制階段，發(fā)射指日可待。當時氣象衛(wèi)星科技工作者就已在謀劃：“實現(xiàn)升級換代后，未來極軌衛(wèi)星的技術(shù)攻關(guān)將指向何方？”

彼時，利用氣象衛(wèi)星對地面降水進行主動立體監(jiān)測是氣象業(yè)務(wù)中的迫切需求，但這對航天工業(yè)研制要求非常高，難題擺在了氣象和航天工作者面前。“最終，在大氣科學發(fā)展需求、氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需求和航天科技進步需求等三方需求牽引下，我們共同確定了風云三號降水星的研制任務(wù)。”張鵬說。

鎖定目標后，承擔這一重大工程任務(wù)的氣象和航天工作者便開始緊鑼密鼓地部署推動。2010年，突破衛(wèi)星載荷原理樣機技術(shù)；2014年，完成衛(wèi)星使用要求確定；2015年，研制方案通過專家評審，隨后降水星正式納入風云三號工程建設(shè)；2018年，天地一體化5大系統(tǒng)研制工作正式啟動……“就在上個月，我們完成了衛(wèi)星發(fā)射前整個地面系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，這標志著地面系統(tǒng)準備好，具備了接收處理降水星資料的能力。”谷松巖說。

如今，位于非太陽同步軌道上的風云三號G星，在407公里的太空中自由翱翔，兩個太陽能板如同它的翅膀，使其能游刃有余地持續(xù)獲取太陽能量。谷松巖表示，太陽同步軌道衛(wèi)星只有一個太陽能板，因為它與太陽的夾角始終不變，因此可以持續(xù)獲取太陽能量，而降水星與太陽的夾角是變化的，當太陽能板與太陽間的夾角小于某個角度時，它就不能獲取足夠能量，需要通過掉頭利用另一側(cè)的太陽能板繼續(xù)獲取太陽能量。而此前，如何解決衛(wèi)星跟蹤太陽方向的問題讓研制人員很是頭疼，如今已全部在降水星上徹底解決。

此外，降水星運行時并不經(jīng)過南北極，無法借用南北極的衛(wèi)星接收站的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能，如果僅靠國內(nèi)衛(wèi)星地面站來接收降水星的監(jiān)測資料，可能需要16個小時才能完成數(shù)據(jù)同步，這根本無法滿足降水天氣應(yīng)用的時效需求。怎么辦？又一難題擺在眼前。

“最后，我們通過中繼技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)獲取時間從16小時壓縮到3小時內(nèi)，這也是民用衛(wèi)星首次使用中繼技術(shù)開展業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。”谷松巖解釋，當降水星飛過中繼衛(wèi)星時，把觀測數(shù)據(jù)及時上傳至中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星再將數(shù)據(jù)傳到地面站，這相當于把南北極衛(wèi)星接收站放到了天上的中繼衛(wèi)星上，從而使數(shù)據(jù)獲取時效達到預期效果。

“我們還將福建、上海、海南等地的省級遙感衛(wèi)星地面站納入國家級站網(wǎng)布局，掃除海上、山區(qū)等部分地區(qū)地基觀測的盲區(qū)，以最快速度實現(xiàn)降水星的監(jiān)測資料對我國沿海等地區(qū)降水產(chǎn)品制作的支持。”谷松巖說。

國內(nèi)首次實現(xiàn)星載主被動微波聯(lián)合測量降水系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)、首次實現(xiàn)星載被動微波輻射計成像和探測一體化設(shè)計、首次生成風云三號被動微波多星融合綜合數(shù)據(jù)集……一項項技術(shù)突破的背后，其實也是中國航天工業(yè)研制能力穩(wěn)步提升的寫照。今年8月，我國還將發(fā)射風云三號F星，后續(xù)風云三號H星、I星、J星也在緊鑼密鼓布置中，預計到2026年前后，風云三號將形成由兩顆降水星(風三G星和I星)和5顆業(yè)務(wù)極軌氣象衛(wèi)星(風三D星、E星、F星、H星、J星)組成的星座體系，屆時風云三號氣象衛(wèi)星將形成星座體系下主被動微波聯(lián)合探測降水業(yè)務(wù)能力。張鵬說：“我們不光要用好現(xiàn)在的衛(wèi)星，同時還要規(guī)劃好未來一代衛(wèi)星，真正起到承先啟后的作用。”