风云五十载,炼就争气中国星

——写在风云气象卫星事业50周年之际

自1970年开启气象卫星研制任务,我国风云卫星已历经50年长河。50年来,风云卫星实现了从无到有、从弱到强,从跟跑到并跑再到部分领跑的跨越。

如今,我国已成功发射17颗风云系列气象卫星,7颗在轨运行,成为世界上少数几个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家和地区之一,逐步实现了对大气及地球多圈层系统全球化、精细化综合探测能力,气象卫星综合性能达到世界先进水平。

“它是知冷知热的百姓星,提供天气预报数据,服务百姓,也是自主创新的争气星,攻克基础薄弱难题,从落后状态发展到与欧美发达国家三足鼎立,实现部分技术的超越。风云卫星不仅是气象卫星,还是服务全球的中国星。”国家卫星气象中心主任、风云气象卫星工程总设计师杨军说。

从无到有、从弱到强

50年的成长路并非一帆风顺,风云卫星一直在探索中努力变强。

1969年,周恩来总理高瞻远瞩地提出“要搞我们自己的气象卫星”,并于1970年亲自批准下达气象卫星研制任务。

1977年,我国第一颗气象卫星“风云一号”真正进入工程研制轨道。1988年,风云一号A极轨气象卫星成功发射,并获取了清晰的遥感图像,我国自此告别了完全依赖外国气象卫星数据的历史。

9年后,风云二号A静止气象卫星的成功发射,我国成为继美国、欧盟之后,第三个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家(地区),风云卫星星座初具雏形。

然而,由于姿态控制、技术等问题,风云一号A星在轨只运行了39天,风云一号B星在轨正常运行了165天,之后的风云二号A星和B星分别在轨正常运行了仅8个月和10个月。

“风云卫星的寿命涉及很多基础性问题,如果不掌握关键技术,不可能得到高可靠和长寿命的卫星。”杨军坦言,几代卫星人为此下了很大的功夫。

而今,经过航天科技工作者的重点攻关,最终实现了风云卫星稳定长寿命运行,核心产品和技术具有完全自主知识产权,把关键核心技术牢牢掌握在了自己手中。风云一号C星寿命达6年5个月,而风云二号F星的设计寿命为4年,至今已运行8年(仍在轨运行)。

“气象卫星应如自来水般长期供应。”来自中科院院士孙家栋的这个描绘,已将梦想照进现实。

我们有了“独步天下”

杨军透露,受疫情影响,原定于今年发射的风云三号E星和风云四号B星将在明年择机发射。值得注意的是,我国风云卫星门类齐全、功能完整,个别方面可谓“独领风骚”。

风云三号D星搭载的中分辨率光谱成像仪是世界上首台能够获取全球250米分辨率红外分裂窗区资料的成像仪器,可每日无缝隙获取全球250米分辨率真彩色图像。“目前为止,其他国家的气象卫星还没有达到这个水平。”风云气象卫星工程副总设计师杨忠东说。

风云四号卫星系统总设计师董董瑶海介绍,作为国际上首颗同时装载多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪的高轨气象卫星,风云四号堪称是“以一顶俩”。“干涉式大气垂直探测仪相当于对大气进行CT扫描。我们把世界气象卫星界梦寐以求的干涉仪搬到了高轨上 ”。

“250米红外探测分辨率和干涉式大气垂直探测仪,这两个独步天下的技术值得我们引以为傲。”说起这些,杨忠东感到非常自豪。

傲人的成绩远不止这些,风云四号A星实现了我国静止气象卫星更新换代,东半球成像时间由30分钟提高到15分钟,对中国区域可实现每5分钟一次的观测覆盖,最高分辨率从1.25公里提高到500米,全球首次实现静止轨道大气高光谱垂直探测,综合探测水平国际领先。

还有风云三号D星的广角极光成像仪,风云四号A星的闪电成像仪……风云卫星已成为国产卫星中应用最好、定量化水平最高、离百姓最近的卫星。

多功能星为气象航天“保驾护航”

风云卫星数据是我国数值天气预报最重要的数据源之一。我国自主研发的数值天气预报系统攻克了多项世界卫星数据应用难题,在世界上率先实现对静止轨道高光谱数据的应用,首创了由数值预报需求引导气象卫星垂直探测的智能观测模式,预报准确率和时效显著提升。

防灾减灾是伴随着人类的永恒主题。台风、暴雨、洪水、干旱、火灾等自然灾害具有极强的破坏性,因此对自然灾害进行准确预报显得尤为重要。

精密的卫星观测是提高气象预报预测准确率和气象灾害监测预警时效的关键。据杨军介绍,风云四号卫星投入运行后,我国对台风、暴雨等灾害天气监测识别时效从15分钟提高到5分钟,暴雨预警准确率提高到89%,24小时台风路径预报平均误差从95公里减小到71公里,达到世界先进水平。

特别是在台风监测中,风云卫星发挥着无可替代的作用。“自风云二号卫星投入运行以来至2020年8月底,西太平洋生成的566个台风、登陆我国的165个台风监测无一漏网。”杨军说。

此外,风云卫星在气候业务中也实现了定性向定量应用的转变,在历次重大活动气象保障中发挥了关键作用。风云卫星还具备空间天气监测能力,为我国和平利用外太空提供了有力保障。

2002年起,风云卫星开始搭载空间天气监测仪器。同年,中国气象局成立了国家空间天气监测预警中心,建立了天地一体化空间天气监测平台,形成了对太阳活动、行星际、电离层等区域的关键要素预报预警的空间天气服务能力。

“风云卫星先后完成了神舟系列飞船保障、嫦娥工程保障等重大空间天气保障任务,为保障太空资产设施和太空活动安全提供有力支持。”杨军介绍,我国空间天气服务能力得到了国际认可,2020年,中俄联合空间天气监测预警中心被国际民用航空组织认定为四个全球空间天气中心之一。

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