朗讀15秒！給百萬平方公里區域“拍照”｜風四雙星配齊，更准預報天氣第15秒！給百萬平方公里區域“拍照”

《15秒！給百萬平方公里區域“拍照”｜風四雙星配齊，更准預報天氣》
中國航天科技集團中國航天科技集團有限公司6月3日淩晨，中國航天科技集團有限公司八院研制的風雲四號B星搭乘長征三號乙運載火箭起飛，穩步奔赴屬於它的軌道。時隔5年，我國第二代靜止氣象衛星風雲四號家族再度上新。自此，風雲四號A星、B星“兩兄弟”雙星組網、東西相守，共同凝視著廣袤大地，把來自大自然的風霜雨雪都“放在眼裏”。更高分辨率、更靈活的觀測模式“靜止氣象衛星的主要特點體現在兩個方面，首先是要利用靜止凝視的優勢，其次就是要具備非常靈活的觀測模式。”航天科技集團八院509所氣象與環境總體室副主任陳曉傑說。風雲四號A星是我國首顆第二代靜止氣象衛星，屬於科學試驗型衛星。風雲四號B星是風雲四號系列第二顆衛星，也是該系列的首顆業務衛星。基於A星，B星在靈活觀測方面的能力大幅度提升。
據悉，風雲四號B星搭載了快速成像儀、輻射成像儀、幹涉式紅外探測儀、空間環境監測儀器包等多種“高端配置”。其中，最新裝載的快速成像儀專門為觀測中小尺度區域的天氣現象而設計，能以2000公里×2000公里的“畫幅”，每分鐘都給地球上的某個地方拍攝高清、真彩“快照”，非常適合為台風、沙塵暴、火災、地震等小尺度目標成像。
目前，風雲四號A星已經實現了每5分鐘對我國及周邊區域成像1次，最高分辨率為500米。憑借快速成像儀在局部區域連續觀測方面的特殊才藝，風雲四號B星可靈活快速對地特定區域掃描成像，進行優於1分鐘間隔的區域高分辨率晝夜連續監測，每分鐘對百萬平方公里區域成像3~4次，將在尺度較小、持續時間較短的天氣現象觀測和預報方面發揮重要作用。“風雲四號B星入軌後分辨率能夠達到250米，位居目前全球靜止氣象衛星最高水平之列，相比於A星，分辨率整整提高了1倍。”風雲四號B星總體主任設計師陳強表示，“並且它具有500米真彩色的特點，相當於衛星觀測到的數據經過簡單處理後，紅綠藍3個波段一合成，基本上與我們眼睛看到的一致，很直觀。”
風雲四號B星的高度靈活性能主要體現為：在中國區域進行5分鐘不停觀測的同時，若有一個特別敏感的區域，就可以對其進行高品質的觀測。比如1000公里×1000公里，大概15秒就可以觀測到。通常情況下，台風的尺度在1000公里左右，將地面的指令或者觀測路徑編輯好，風雲四號B星就能夠跟著台風進行實時觀察，通過觀測數據就可以判斷台風強度、發展路徑等，進而為相關部門後續決策提供重要依據。雙星組網在軌觀測5分鐘能出兩張圖2016年12月11日，風雲四號首發星即A星在西昌衛星發射中心成功發射，這是我國地球同步軌道上的首顆三軸穩定定量遙感衛星。2017年9月25日，微信APP打開的界面圖限時更換，圖中的地球影像首次使用了風雲四號衛星拍攝的照片，在當時引發熱議和好評。
由於在軌表現良好，2018年5月，風雲四號A星正式上崗，由科研試驗星直接投入業務使用，自此中國以及亞太地區用戶可正式接收風雲四號A星數據。同時，全部國家級氣象業務平台完成“風雲二號”到“風雲四號”衛星業務切換。截至目前，風雲四號A星已在軌穩定運行超過4年5個月，成為我國氣象預報的排頭兵。“風雲四號A星設計壽命7年，考核壽命是5年，今年年底考核壽命到期，但從目前整體情況來看，這顆星預計可以繼續正常工作到7年甚至更久，B星上去之後會和A星形成一個雙星在軌觀測的局面。”陳強介紹。據了解，組網之後，風雲四號這兩顆光學星將各自分布在東西兩側，東側主要監測太平洋上的台風，西邊主要為“一帶一路”提供氣象服務。據陳曉傑介紹，“最早時期的風雲二號可實現一小時一張圖，然後逐漸實現了半小時一張圖，到了風雲四號A星時，整個中國區域圖像5分鐘就能更新一次。現在有了兩個衛星，5分鐘就可以看到兩張圖了。”那麼，雙星組網帶來的高頻次天氣觀測能力如何理解呢？比如台風到來時，一顆衛星負責我國區域觀測主業務，另外一顆衛星可以“專職”觀測台風，從而增加針對台風的觀測頻次和效率。借助新增的快速成像儀，衛星可以快速完成台風影響區域的觀測，還可以用其他儀器觀測台風周圍無雲區域，獲取大氣三維溫濕度分布。
此外，每顆衛星都有不同的工作模式，各衛星從不同視角看到的對象有所不同，兩顆衛星配合起來可以產生更豐富的數據。其中，大氣的溫度、濕度等物理參數將為地面做預報、仿真分析貢獻重要力量。“天氣預報的過程非常複雜，裏面涉及很多因素，衛星的主要作用就是提供數據，風雲四號A星和B星組網會產生更多、更准、更新頻次更快的數據，這必將有助於預報精度的提升。”風雲四號B星總設計師董瑤海表示。指標大幅提升背後的研制新挑戰據了解，至2020年初風雲四號B星完成研制工作，其間經曆了4年之久。“相比風雲四號A星，從各方面而言，B星研制難度都大幅增加。”型號總指揮陳文強介紹，雖然有科研實驗星A星打基礎，但B星研制絕非簡單複制的過程，因為要滿足用戶更多新需求，B星各項指標進一步實現了跨越式提升。比如快速成像儀作為新增的載荷，雖然在未來應用中將體現很多優勢，但實際上它給研制過程帶來了超出預期的挑戰。該載荷是個“大胖子”，重約150公斤，這意味著要占據更多空間，因此怎樣在衛星上安置它成為頭號難題。經過反複論證和分析，研制團隊對衛星總體方案進行重新設計，星內的各類儀器設備也進行了重新排布。此外，隨著分辨率的提升，更高的頻率對應的是更多數據，如何將這些海量數據從衛星上傳下來也是較大挑戰。研制團隊采用在衛星側板展開的方案，展開軸由傳統的三軸變為兩軸，簡單可靠。根據靜止軌道陽光照射的特點，他們還設計了特殊的遮光裝置，防止活動部件的局部高溫，讓風雲四號B星高速數據傳輸變為可能。面對新需求帶來的種種困難，研制團隊不僅攻克了一個個具體問題，還對整顆衛星的性能進行了重新優化設計，最終成功按時交付。
截至風雲四號B星成功發射，我國已成功發射18顆風雲氣象衛星，共有8顆在軌穩定運行。今年，除了風雲四號B星，我國還將發射風雲三號E星。在此基礎上，“十四五”時期我國還要再發射5顆風雲氣象衛星。其中3顆衛星屬於風雲三號系列，另外2顆衛星屬於風雲四號系列。這一時期，風雲四號光學衛星將完成跨越式發展，風雲四號微波衛星也有望亮相。未來，風雲衛星將持續提升對大氣風場、雲雨大氣及其垂直結構的監測能力，不斷提高監測精度和監測時效，同時增強衛星的互連互通和協同機動觀測能力，打造高低軌協同觀測、天地一體化發展的智慧氣象衛星系統。風雲四號B星出征筆記（向左滑動翻看）來源：《中國航天報》，航天科技集團八院，中國氣象局官方微信文/鄭恩紅 谷宇攝/趙沖編輯/楊成 高一鳴校對/林佳昕監制/索阿娣
《15秒！給百萬平方公里區域“拍照”｜風四雙星配齊，更准預報天氣》完，請繼續朗讀精采文章。
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