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4月16日9時(shí)36分，我國(guó)首顆低傾角軌道降水測(cè)量衛(wèi)星——風(fēng)云三號(hào)G星，搭乘長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。這是繼美國(guó)、日本聯(lián)合發(fā)射專用降水測(cè)量衛(wèi)星之后國(guó)際上第三顆發(fā)射的主動(dòng)降水測(cè)量衛(wèi)星，全球降水測(cè)量衛(wèi)星家族首添“中國(guó)造”。自此，我國(guó)成為全球唯一同時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)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(guó)家。

(資料圖片)

中國(guó)氣象局黨組書記、局長(zhǎng)陳振林表示，風(fēng)云三號(hào)G星是第20顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星，它的成功發(fā)射進(jìn)一步完善了我國(guó)低軌氣象衛(wèi)星星座組網(wǎng)布局，有助于發(fā)揮我國(guó)低軌氣象衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)的整體優(yōu)勢(shì)，將顯著改善全球暴雨等災(zāi)害早期預(yù)警能力。截至目前，我國(guó)共有8顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星在軌運(yùn)行，正持續(xù)為全球126個(gè)國(guó)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(diǎn)和特點(diǎn)？將對(duì)全球氣象觀測(cè)和服務(wù)產(chǎn)生什么影響？國(guó)家衛(wèi)星氣象中心副主任、風(fēng)云三號(hào)極軌衛(wèi)星地面系統(tǒng)總指揮張鵬和風(fēng)云三號(hào)G星地面系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師谷松巖接受了采訪，詳細(xì)解讀風(fēng)云三號(hào)G星技術(shù)特性、功能及創(chuàng)新突破。

國(guó)內(nèi)首顆、世界第三顆降水測(cè)量氣象衛(wèi)星

作為我國(guó)自主研制并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的第二代極軌氣象衛(wèi)星，風(fēng)云三號(hào)系列衛(wèi)星大部分屬于近極地太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星，分布在離地球800多公里的太空中。而風(fēng)云三號(hào)G星的軌道高度在407公里，屬于非太陽(yáng)同步傾斜軌道，且不經(jīng)過極地，外觀也與其他風(fēng)云三號(hào)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(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)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(duì)降水系統(tǒng)瞬時(shí)結(jié)構(gòu)和全球分布特征的認(rèn)識(shí)，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(guó)已建成比較完備的地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)，其中地面降水雷達(dá)在監(jiān)測(cè)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(fù)雜等地區(qū)存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)。而衛(wèi)星在監(jiān)測(cè)這些區(qū)域方面具有特殊優(yōu)勢(shì)，那么如何將降水雷達(dá)搬到衛(wèi)星上，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合？張鵬表示，研制風(fēng)云三號(hào)G星的目的就在于此，在太空中實(shí)現(xiàn)對(duì)降水結(jié)構(gòu)的三維滴譜探測(cè)，地空天協(xié)同，解決地面降水監(jiān)測(cè)盲區(qū)的問題。

風(fēng)云三號(hào)G星上配置有雙頻降水測(cè)量雷達(dá)、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(cè)儀4個(gè)業(yè)務(wù)載荷和高精度定標(biāo)器、短波紅外偏振多角度成像儀兩個(gè)試驗(yàn)載荷。通過主動(dòng)降水雷達(dá)、微波降水遙感和紅外降水估計(jì)，可以提供降水結(jié)構(gòu)的三維立體監(jiān)測(cè)信息，這對(duì)于我國(guó)強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、降水機(jī)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(fēng)云三號(hào)G星是中國(guó)發(fā)射的國(guó)內(nèi)首顆、國(guó)際第三顆降水測(cè)量氣象衛(wèi)星，它將進(jìn)一步發(fā)揮低軌氣象衛(wèi)星完備觀測(cè)網(wǎng)的整體優(yōu)勢(shì)，在氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域向世界貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和風(fēng)云方案。

十余年磨礪，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)國(guó)內(nèi)首次

時(shí)間回?fù)苤潦吣昵埃?006年，第二代極軌氣象衛(wèi)星的首發(fā)星風(fēng)云三號(hào)A星正處于后期工程研制階段，發(fā)射指日可待。當(dāng)時(shí)氣象衛(wèi)星科技工作者就已在謀劃：“實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代后，未來極軌衛(wèi)星的技術(shù)攻關(guān)將指向何方？”

彼時(shí)，利用氣象衛(wèi)星對(duì)地面降水進(jìn)行主動(dòng)立體監(jiān)測(cè)是氣象業(yè)務(wù)中的迫切需求，但這對(duì)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(xué)發(fā)展需求、氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需求和航天科技進(jìn)步需求等三方需求牽引下，我們共同確定了風(fēng)云三號(hào)降水星的研制任務(wù)。”張鵬說。

鎖定目標(biāo)后，承擔(dān)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(dòng)。2010年，突破衛(wèi)星載荷原理樣機(jī)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(píng)審，隨后降水星正式納入風(fēng)云三號(hào)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(dòng)……“就在上個(gè)月，我們完成了衛(wèi)星發(fā)射前整個(gè)地面系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，這標(biāo)志著地面系統(tǒng)準(zhǔn)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(yáng)同步軌道上的風(fēng)云三號(hào)G星，在407公里的太空中自由翱翔，兩個(gè)太陽(yáng)能板如同它的翅膀，使其能游刃有余地持續(xù)獲取太陽(yáng)能量。谷松巖表示，太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星只有一個(gè)太陽(yáng)能板，因?yàn)樗c太陽(yáng)的夾角始終不變，因此可以持續(xù)獲取太陽(yáng)能量，而降水星與太陽(yáng)的夾角是變化的，當(dāng)太陽(yáng)能板與太陽(yáng)間的夾角小于某個(gè)角度時(shí)，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(yáng)能板繼續(xù)獲取太陽(yáng)能量。而此前，如何解決衛(wèi)星跟蹤太陽(yáng)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(yùn)行時(shí)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(guó)內(nèi)衛(wèi)星地面站來接收降水星的監(jiān)測(cè)資料，可能需要16個(gè)小時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)獲取時(shí)間從16小時(shí)壓縮到3小時(shí)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(dāng)降水星飛過中繼衛(wèi)星時(shí)，把觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)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(dāng)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(shí)效達(dá)到預(yù)期效果。

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

國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)星載主被動(dòng)微波聯(lián)合測(cè)量降水系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)、首次實(shí)現(xiàn)星載被動(dòng)微波輻射計(jì)成像和探測(cè)一體化設(shè)計(jì)、首次生成風(fēng)云三號(hào)被動(dòng)微波多星融合綜合數(shù)據(jù)集……一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破的背后，其實(shí)也是中國(guó)航天工業(yè)研制能力穩(wěn)步提升的寫照。今年8月，我國(guó)還將發(fā)射風(fēng)云三號(hào)F星，后續(xù)風(fēng)云三號(hào)H星、I星、J星也在緊鑼密鼓布置中，預(yù)計(jì)到2026年前后，風(fēng)云三號(hào)將形成由兩顆降水星(風(fēng)三G星和I星)和5顆業(yè)務(wù)極軌氣象衛(wèi)星(風(fēng)三D星、E星、F星、H星、J星)組成的星座體系，屆時(shí)風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星將形成星座體系下主被動(dòng)微波聯(lián)合探測(cè)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(shí)還要規(guī)劃好未來一代衛(wèi)星，真正起到承先啟后的作用。”