12月11日，搭載風(fēng)云四號衛星的運載火箭在西昌衛星發(fā)射中心點(diǎn)火升空。新華社發(fā)

　　原標題：天氣預報準確度將大幅提高

　　記者 潘珊菊

　　大西北網(wǎng)訊  昨日，記者從國防科工局、國家航天局獲悉，當天凌晨，我國在西昌衛星發(fā)射中心用長(cháng)征三號乙運載火箭成功發(fā)射風(fēng)云四號衛星。風(fēng)云四號衛星將對我國及周邊地區的大氣、云層和空間環(huán)境進(jìn)行高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的觀(guān)測，大幅提高天氣預報和氣候預測能力。

　　風(fēng)云四號衛星到底有多牛？

　　新技術(shù)在36000公里外“明察秋毫”

　　如果將太陽(yáng)同步軌道衛星比喻為圍繞著(zhù)地球轉動(dòng)“流動(dòng)巡邏的警察”，靜止軌道衛星則好比“定點(diǎn)站崗的警察”。風(fēng)云四號的“崗位”位于距離地球36000公里的高空，在如此遙遠的太空對地球上風(fēng)云變幻“明察秋毫”，得益于成功突破了代表國際先進(jìn)水平的高精度圖像定位與配準、微振動(dòng)測量與抑制、定量化遙感等20余項關(guān)鍵技術(shù)。

　　高精度的圖像定位與配準技術(shù)，是各國靜止軌道衛星正在全力攻克的關(guān)鍵技術(shù)之一。這一技術(shù)能讓衛星的“眼睛”從幾萬(wàn)里之外的太空，精準地看到地球上任何想看的地方，并在拼接圖像時(shí)做到零誤差。為了突破這一技術(shù)，美國歷時(shí)11年、經(jīng)過(guò)5顆衛星的持續改進(jìn)，在GOER－N上才取得突破，在剛剛發(fā)射的GOES－R衛星實(shí)現了定位精度達到1公里。

　　中國航天科技集團八院風(fēng)云四號研制團隊經(jīng)過(guò)十多年的技術(shù)攻關(guān)，先后攻克了衛星高精度姿態(tài)確定方法、熱變形在軌辨識和建模技術(shù)以及姿態(tài)、軌道和熱變形補償技術(shù)等技術(shù)瓶頸，衛星圖像導航配準精度達到“1像元”，即在36000公里高空對地拍照誤差控制在1公里之內，補償效率達到98.8%，與美國剛剛發(fā)射的GOES－R衛星相當。

　　新平臺

　　實(shí)現對地球24小時(shí)“凝視”

　　今后，在長(cháng)達7年的設計壽命期間，風(fēng)云四號將接替風(fēng)云二號“上崗”，成為全球對地觀(guān)測業(yè)務(wù)衛星序列的重要一員。每天24小時(shí)、共計2555天的“執勤”期間，不能有絲毫差錯，更不能“因病請假”，這對衛星“身體素質(zhì)”提出了極高的穩定性與可靠性要求。

　　中國航天科技集團八院科研團隊專(zhuān)門(mén)為風(fēng)云四號“量身定制”了一個(gè)角秒級測量和控制精度的高軌三軸穩定衛星平臺——SAST5000平臺，平臺采用六面柱體構型、單太陽(yáng)翼、三軸穩定控制方案，并采用了雙總線(xiàn)體制、高性能AOS技術(shù)、大功率電源、整星防靜電技術(shù)、整星防污染技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現對地球24小時(shí)“凝視”。

　　太陽(yáng)電池翼是衛星的關(guān)鍵部位之一。傳統衛星的太陽(yáng)翼都是雙翼構型，分布在衛星的兩側，好像兩只展開(kāi)的“翅膀”。風(fēng)云四號卻只有一側裝有太陽(yáng)翼，研究團隊專(zhuān)門(mén)設計了一款“T”構型的太陽(yáng)翼，大大縮短了太陽(yáng)翼質(zhì)心與衛星的距離。一旦太陽(yáng)翼發(fā)生晃動(dòng)或抖動(dòng)，對衛星的干擾將大大減少。

　　風(fēng)云四號上的數管計算機和數據處理器，是衛星數據管理和數據處理的核心部件，相當于整顆衛星的“心臟”，一刻也不能停頓。而風(fēng)云四號衛星載荷成像精度高、數據量大，如何確保數據處理器、數傳系統高速穩定運行，且能靈活配置數據路由，將大量數據及時(shí)傳回地面，在關(guān)鍵時(shí)刻不“卡殼”，也是研制團隊面臨的一大難題。

　　通過(guò)不斷討論、驗證，最終采用了SpaceWire和高低速總線(xiàn)相結合的模式，突破了靜止軌道氣象衛星大數據量傳輸的瓶頸。同時(shí)采用了嚴格的空間防靜電設計、光學(xué)部件的防污染設計、多活動(dòng)部件的可靠性與壽命設計等，大大提高了衛星的“身體素質(zhì)”。

　　新載荷

　　把地面隔振平臺“搬到”太空

　　風(fēng)云四號“最牛”的地方不僅在于搭載了許多先進(jìn)的觀(guān)測儀器，更在于將一種對觀(guān)測環(huán)境要求極為“嚴苛”的儀器，與其他儀器一起搭載在同一顆衛星上，這就是干涉式大氣垂直探測儀。

　　干涉式大氣垂直探測儀是一種類(lèi)似于給大氣“做CT”的先進(jìn)儀器，但使用起來(lái)也極為“嬌貴”。一個(gè)細小的振動(dòng)——哪怕只是在衛星邊上吹一口氣，就會(huì )導致產(chǎn)生無(wú)法甄別或消除的譜線(xiàn)，使得光譜性能退化。因此，該儀器在地面上使用，需專(zhuān)門(mén)為它建造一個(gè)超靜隔音的地下室。在開(kāi)放的太空使用，為了防止其他儀器振動(dòng)和噪音干擾，歐洲計劃專(zhuān)門(mén)為它發(fā)射一顆衛星。

　　在國際上，風(fēng)云四號首次在單星上同時(shí)搭載多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀，首次同時(shí)實(shí)現二維成像觀(guān)測和大氣垂直分層三維觀(guān)測，實(shí)現國外兩顆星達到的功能。

　　為克服微振動(dòng)的影響，研制團隊對風(fēng)云四號上的10多個(gè)轉動(dòng)部件的振動(dòng)特性與傳遞路徑，進(jìn)行了深入分析和試驗，提出了微振動(dòng)測量與抑制的方法。并在此基礎上，在國內率先實(shí)現了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的工程化，使衛星平臺對敏感載荷的振動(dòng)干擾，降低到0.1mg(用手輕輕擊桌面的振動(dòng)量級約為300mg)。這相當于把地面的隔振平臺，直接“搬到”了太空。

　　此外，衛星裝載的我國自主研制的閃電成像儀一秒鐘可拍攝500張閃電圖，對強對流天氣進(jìn)行監測與跟蹤，提供閃電災害預警。

　　衛星云圖對天氣預報到底有何用？

　　根據方程運算獲取未來(lái)天氣預報

　　記者從航天科技集團公司八院獲悉，氣象衛星主要是通過(guò)衛星裝載的各種探測儀器獲得不同的衛星氣象云圖與遙感數據，然后通過(guò)云圖反演出其他參數，并應用到天氣預報模式中，再根據方程的運算得到未來(lái)的天氣。

　　衛星云圖在天氣預報中常常被使用說(shuō)明天氣情況，花花綠綠的衛星云圖為識別不同天氣系統，確定他們的位置，判別天氣系統的發(fā)展階段及其未來(lái)的演變趨勢，如估計臺風(fēng)中最大風(fēng)速，以及估計對流云的降水強度等基礎。這些衛星云圖都是由氣象衛星從太空不同的位置對地球表面進(jìn)行拍攝，并通過(guò)衛星將大量的觀(guān)測數據傳回地面站，然后將這些數據合成精美的云圖照片。

　　例如，中央電視臺氣象預報的衛星云圖，就是風(fēng)云系列氣象衛星攝取的。每天大家看到的衛星云圖天氣預報動(dòng)畫(huà)是由過(guò)去12幅衛星云圖組成，每隔半小時(shí)或一小時(shí)一幅，通過(guò)圖像動(dòng)畫(huà)讓觀(guān)看者更清楚地了解云團的移動(dòng)變化。

　　風(fēng)云四號衛星正式投入業(yè)務(wù)運行后，將逐步接替風(fēng)云二號衛星提供更加及時(shí)和高精度的觀(guān)測數據，進(jìn)一步提高天氣預報的準確率。而目前在軌運行的風(fēng)云三號衛星則為全球氣候變化和大氣環(huán)境監測提供了重要觀(guān)測數據。

　　據統計，風(fēng)云氣象衛星的云圖每年被數以?xún)|計的引用，成為了國內最大的遙感衛星數據庫，全球90多個(gè)國家和地區使用風(fēng)云衛星數據。隨著(zhù)風(fēng)云衛星的發(fā)展，我國天氣預報的準確率從上世紀70年代的約50%，提高到了現在的90%。

　　氣象衛星服務(wù)天氣預報的難點(diǎn)何在？

　　考驗定量探測和連續業(yè)務(wù)運行技術(shù)

　　“風(fēng)云系列衛星的穩定運行和出色效能，奠定了中、美、歐氣象衛星三足鼎立局面，提高了中國在國際上的話(huà)語(yǔ)權。”航天科技集團公司八院介紹，風(fēng)云系列衛星也作為全球綜合地球觀(guān)測系統的重要成員，與歐美等國的氣象衛星一起，形成了對地球大氣、海洋和地表環(huán)境的全天候、立體、連續觀(guān)測的衛星觀(guān)測網(wǎng)。

　　當前國際上氣象衛星這種僅在少數幾個(gè)國家發(fā)展的局面，這得從天氣預報對氣象衛星定量探測和連續業(yè)務(wù)應用的要求說(shuō)起。

　　首先是定量探測。氣象衛星是現在天氣預報的基石。而數值天氣預報求解大氣環(huán)境的動(dòng)力學(xué)方程的初始條件是精確的大氣觀(guān)測參數，這對衛星提出了很高的定量化應用需求。就拿剛剛發(fā)射的風(fēng)云四號衛星來(lái)說(shuō)，衛星選擇以青海湖為定標場(chǎng)，風(fēng)云四號衛星需要在36000公里之外的赤道上空對湖水溫度的測量絕對誤差小于1度，同時(shí)，當湖水溫度變化0.1度時(shí)能夠準確感知出來(lái)。

　　為實(shí)現定量化，風(fēng)云四號衛星進(jìn)行了大量的儀器定標方法研究，研制了一套完整的在軌定標設備和定標方法。但天氣是如此的復雜，預報天氣的要素除了溫度，還包含濕度、壓強、風(fēng)很多指標，涉及溫濕度、導風(fēng)、閃電、輻射、云和氣溶膠、大氣成分等數十個(gè)種類(lèi)衛星遙感數據產(chǎn)品的應用。

　　據悉，風(fēng)云四號衛星正式投入業(yè)務(wù)運行后，將提供包括云、輻射、溫濕度、大氣、導風(fēng)、閃電等34種數據產(chǎn)品，產(chǎn)品種類(lèi)、數量，以及定量化指標均較之前衛星產(chǎn)品有顯著(zhù)提升。

　　第二個(gè)是連續業(yè)務(wù)運行。所謂連續業(yè)務(wù)運行就是氣象衛星不允許出現任何差錯，全年365天24小時(shí)當班，每天都要報出晴雨、溫度、風(fēng)力等相同的數據，這是近乎嚴苛的運行要求，要求衛星具有極高的可靠性與時(shí)效性。

　　氣象衛星云圖每天通過(guò)中央電視臺氣象預報欄目等平臺傳播到數億的直接或間接觀(guān)看者，如果哪天衛星不能提供云圖，將造成的影響是不可估量的。