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“风云”50年

文章来源:中国航天科技集团有限公司  发布时间:2020-10-27

2020年是风云气象卫星事业50周年,50年来,我国风云气象卫星事业经历了从无到有、从弱到强、从跟跑到并跑再到部分领跑的发展历程.

到2035年,我国将实现第三代风云气象卫星综合观测体系的更新换代,卫星综合观测能力、定量产品精度和应用服务水平将实现国际领先。

1970年,周恩来总理亲自批准气象卫星研制任务。到今年,风云气象卫星事业走过整整50年。截至目前,我国已成功发射了两代四型17颗风云系列气象卫星,建成世界上在轨数量最多、种类最全的气象卫星星座之一。

50年,风云卫星发展史就是一部自力更生、不断超越的奋斗史,它不仅造福中国人民,更为世界谋福祉。

白手起家

1969年深冬,南方发生冰冻雨雪灾害,首都北京到南大门广州的通信中断。周恩来总理心焦,找相关部门商讨对策。“要赶快改变落后面貌,搞我们自己的气象卫星。”周总理语重心长地说。

1970年2月,周总理签发中共中央、国务院、中央军委给上海市的专信,正式下达了研制气象卫星的任务,要求在上海地区开展太阳同步轨道气象卫星的研制。当时正值“文革”动乱,初期的气象卫星事业进展非常缓慢。

1977年11月,气象卫星大总体方案论证会在上海召开,统一了对气象卫星研制工作的认识,确定气象卫星工程代号为“七一一”工程,将我国第一代极轨气象卫星命名为“风云一号”,明确了工程的五大系统总体单位。自此,我国气象卫星领域开启“风云”纪元。

“我国的气象卫星是根据气象服务的需求一步一步发展的。一开始,气象服务要求相对较低,我国制定了先发展低轨道气象卫星‘风云一号’的规划。之后,我们又有了高轨道的静止轨道气象卫星‘风云二号’,形成低轨全球观测和高轨局部观测相结合的气象卫星体系。”风云二号气象卫星工程总设计师孙家栋院士回忆。1986年,国家正式批准了第一代静止轨道气象卫星“风云二号”的研制任务。

风云卫星的研制道路并非一帆风顺。1988年,风云一号A星发射,39天后卫星失控,留下“39天之痛”;1990年,风云一号B星发射,10多天后卫星出现异常,经过75天抢救,卫星挽救回来了,但寿命大打折扣。

风云二号卫星研制之路同样坎坷。1994年,风云二号01星在发射前测试过程中发生意外。3年后,风云二号A星发射成功,但运行3个月左右出现故障,每天只能间歇性工作6至8小时,最终没有实现业务化。

阴霾直到千禧年前后才散去,“风云”驶入快车道。

极轨气象卫星方面,1999年,风云一号C星成功发射,打了一场漂亮的翻身仗。2002年,“风云一号”最后一颗卫星,风云一号D星发射升空,该卫星第一次实现了遥感卫星的长寿命业务运行。

静止气象卫星也很顺利。2004年,风云二号C星成功定点,成为当时国内应用最为广泛的业务应用卫星。“达到了美国和日本20世纪90年代气象卫星的水平”,世界气象组织对C星这样评价,将其列为全球气象卫星观测网的重要业务卫星之一。

从2006年到2018年,我国先后发射了D星、E星、F星、G星、H星等5颗风云二号系列卫星,颗颗成功。长期稳定运行的风云二号卫星,挑起了国家重大活动的气象保障之担,服务于国民经济,造福万千百姓。

风云一号A星首幅图

风云二号A星首幅图

风云二号H星首幅图

更上层楼

不管是“风云一号”还是“风云二号”,都属于我国第一代气象卫星。在做好第一代气象卫星研制、发射和应用的同时,我国科研人员早早启动了第二代气象卫星的研制工作。

2008年5月,一颗“风云”新星——风云三号A星,在太原卫星发射中心升空。它作为风云三号首发星,于2009年9月立项,研制了将近8年时间,也是我国研制的首颗新一代极轨气象卫星。从1988年第一代极轨气象卫星首发星的“39天之痛”,到2008年极轨气象卫星顺利实现更新换代,整整20年过去了。

“风云三号”之所以被称为新一代极轨气象卫星,主要是因为它采用了新的卫星平台,装载了多种高性能探测仪器,可实现全球、全天候、多光谱、三维、定量探测,特别是很多有效载荷在国内属于首次研制。风云三号实现了从二维成像到三维探测、从单一光学到全谱段宽波谱探测、从公里级到百米级观测、从国内组网接收到全球组网接收的四大技术跨越。

2010年11月和2013年9月,风云三号B星、C星相继成功发射,与A星一起,三颗风云三号气象卫星实现了组网运行。2017年11月,风云三号D星也成功发射。

组网后的“风云三号”实力大增,观测数据更新时效由12小时缩短为6小时,实现了对大气的三维探测、全球高分辨率观测和全天候和全天时工作。无论从探测手段、探测能力,还是性能指标等方面来看,风云三号卫星都较风云一号卫星有了新的突破和跨越式的发展,卫星研制技术基本与美国、欧洲新一代极轨气象卫星处于同一水平。

与此同时,静止气象卫星也在更新换代。2016年12月,风云四号A星发射成功,较上代风云二号卫星,该星的观测效率提升20倍、探测通道提升3倍、空间分辨率提升4倍、时间分辨率提升2倍、观测数据量增加160倍,在世界上首次实现了成像观测和红外高光谱大气垂直探测综合观测,成为我国气象卫星技术从跟跑并跑转向并跑领跑的实践者。

根据气象部门数据,风云四号卫星投入运行后,我国对台风、暴雨等灾害性天气的监测识别时效从15分钟提高到5分钟,24小时台风路径预报误差从95公里减小到71公里,达到世界先进水平。

风云三号A星首幅图

风云三号D星首幅图

“风云四号”A星多通道扫描成像辐射计2017年2月20日13:50(北京时)第一幅多通道彩色合成图像

风云四号第一套彩色合成图动画。

自力更生

其实,一开始讨论如何搞气象卫星时,也曾出现不同的声音,有人持怀疑态度,认为发展气象卫星是“劳民伤财”,他们议论,国家花那么多钱做气象卫星干什么?有人说直接从国外买卫星岂不是更省时省力,有人甚至说气象卫星还是不要搞了。

对于搞气象卫星,国家领导人始终是支持的,并始终坚持要独立自主地搞。邓小平同志曾经过问:“周总理说的气象卫星建设做得怎么样了?”事实上,当时更多人认为气象卫星必须自己搞。中国的气象卫星事业,关乎国家民生和数亿百姓生活,必须要掌握在中国人手中。

当时,技术水平有限,条件比较艰苦,困难重重。对于第一代气象卫星,航天人坚持稳中求进,在保证卫星平稳上天、平稳使用的前提下,尽可能多地采用新技术。

拿“风云二号”来讲,为了让风云二号卫星尽快成型,同时兼具优良功效,当时的研制队伍决定风云二号卫星的设计一方面继承我国东方红二号卫星部分成熟技术,同时大胆采用多项国际先进技术,以进一步提高卫星的技术性能。

“风云三号”的主要载荷之一是微波成像仪,用于遥感观测全球降水、云的液水含量、地表植被、土壤湿度、海冰与积雪覆盖等,在对地和大气观测、实现中长期数值天气预报等方面有着重要用途,是气象部门需求最迫切、关注度最高的卫星遥感设备之一。

最初,只有极少数国家掌握其核心科技,其系统之复杂、技术难度之高,不仅在中国属于首创,在世界上也属罕见。原本想依赖进口,但在天价费用面前,研制队伍决定成立研究室,自主攻克微波成像仪技术。

攻关过程漫长而艰辛,一路下来,20多人的研究室只剩下6个人。据过来人回忆,做振动试验时,声音像轰炸机俯冲时那么大,年轻的研究员吓得不敢上前。困难时刻,老院士、总指挥三天两头亲自过来给大家鼓劲。8年之后,团队终于拿出了可应用在风云三号卫星上的微波探测仪。

有风云卫星总师曾经说过,我国气象卫星及气象应用整个体系完全是依靠自主创新发展起来的,这才可以做到了自主可控,不受制于人。中国航天人凭着不服输、争口气的劲头,不仅完成了中国气象卫星从无到有的跨越,更实现了我国气象卫星从第一代到新一代的飞跃。

造福世界

今天,我国已先后成功发射了两代四型17颗风云系列气象卫星,目前7颗在轨运行。风云气象卫星是目前世界上在轨数量最多、种类最全的气象卫星星座之一。

风云气象卫星应用广泛,在应对防范气象灾害及其衍生灾害、生态环境遥感监测、森林草原火灾监测预警、土地利用遥感监测和粮食产量监测预报等方面发挥了巨大作用。

风云四号卫星对水体面积和雨带变化做出持续而精准的监测,风云三号卫星将鄱阳湖最清晰的水体变化监测图呈现在人们眼前,为天气预报和抗洪抢险决策提供数据支持。自风云二号卫星投入运行以来,西太平洋生成的566个台风、登陆我国的165个台风均被监测。

在“一带一路”沿线国家,风云气象卫星影响力不断上升,甚至有了“一带一路”专属卫星。2018年7月,风云二号H星经过10天太空漂移后,最终成功定点于东经79度上空,将观测范围扩展到了“一带一路”沿线64个国家和地区。当这些国家遭受台风、暴雨、强对流、森林草原火灾、沙尘暴等灾害时,便可向中国国家航天局、中国气象局申请启动风云卫星专项观测。

通过风云气象卫星开展外交正成为一种国家行为。从2018年开始,在上合组织峰会、中阿合作论坛、中非合作论坛等国际外交的多个重要场合,风云气象卫星被国家领导人多次提及。

风云气象卫星也是全球综合观测系统的重要成员,被世界气象组织纳入全球业务应用气象卫星序列。凭借先进的技术水平、稳定的业务运行可靠性和高质量的数据产品,风云气象卫星与美国、欧盟的气象卫星一起,成为全球对地观测网中的主力军。

世界气象组织(WMO)秘书长塔拉斯表示,中国风云气象卫星长期以来是世界气象组织空间计划的主要参与者和贡献者之一,它的广泛应用,极大地提高了非洲等地区发展中国家的气象灾害监测预报能力,已成为世界气象组织构建人类命运共同体的重要基础设施。

未来,我国还将发射多颗风云气象卫星。到2025年,我国将全面建成第二代天基气象观测系统,包括不同轨道极轨气象卫星和降水测量专用卫星组成的“风云三号”业务观测系统,以及由多颗光学星和微波星组成的“风云四号”业务观测系统。

开放的姿态、过硬的实力,风云气象已经成为中国航天走向世界的闪亮名片。

台风监测:风云四号A星于2018年9月15日监测台风山竹

海洋监测:风云三号D星全球台风监测图

大雾监测:风云四号A星于2020年5月17日监测黄海海域大雾天气

高温监测:风云三号D星于2019年7月24日监测华北南部、黄淮大部、江汉大部、江南中西部、华南局部等地大面积的地表高温。

积雪监测:风云三号D星于2020年2月7日监测京津冀地区积雪覆盖情况。

2020年3月21日-2020年3月31日全国积雪覆盖图

雾霾监测:风云三号D星于2020年2月21日监测京津冀、山东等地霾天气过程

植被监测:风云三号气象卫星监测三北防护林华北地区2000年与2018年植被指数变化情况

2019年全国植被指数图。

全球植被监测图

2020年7月20日的水体提取范围叠加图,可见蓄洪区的水体面积明显增加

干旱监测:风云四号A星于2020年4月1日-30日监测云南省及中南亚部分地区干旱

沙尘监测:风云四号A星于2017年5月4日监测内蒙古强沙尘天气

火山监测:风云四号A星于2020年1月12日监测菲律宾塔阿尔火山喷发

火情监测:风云三号B星于2020年3月30日监测四川云南火情

▲极海冰监测:风云三号A星于2008年6月4日监测北极地区冰裂

南极臭氧监测:风雨三号A星监测南极臭氧洞的发生、发展和消亡

【责任编辑:家正】

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