主题：防洪利器：风云四号

风云四号卫星设计师：微信开屏画面背后，是中国气象人20年辛酸泪
用户1914611730 2018-02-09 13:36
http://sh.qihoo.com/pc/93b9c1f8518e51e5f?sign=360_e39369d1

科研就像一场马拉松，只有起点，没有终点。

第259位造就者 韩昌佩
中科院上海技术物理研究所研究员、博士生导师

风云四号干涉式大气垂直探测仪副主任设计师

上海宇航协会会员

大家好。

这是微信的起始页面，大家应该很熟悉吧？每天都会被看到无数次，但是大家知道左图和右图的区别吗？



左边的这幅图上，可以看到狭长的红海，还有紧挨着非洲的马达加斯加岛。这个图有一个很好听的名字，叫「蓝色弹丸」，这是1973年，NASA的阿波罗17号在飞向月球的过程中拍摄的，这是人类第一次也是唯一一次，亲手从太空中拍下地球的照片。

笑傲江湖

气象卫星一般来说有两种，一种是静止轨道，它在距离地球很远的地方全天候地盯着大家看；还有一种低轨卫星，绕着地球转，90分钟绕地一圈，12个小时对同一个地方进行一次重访，它的好处是离得近，看得清楚。

[B]中国的气象卫星从80年代开始发射，低轨的卫星有风云一号和风云三号，风云三号是风云一号的升级版，风云四号是风云二号的版。[/B]



这就是风云四号，它工作在轨道高度（卫星运行轨道与地球表面的距离）为35800公里的地方。它是一个三轴稳定平台，上面三个翅膀是给卫星供电的帆板，下面这两个仪器，一个叫多通道扫描辐射计，一个叫大气垂直探测仪。比较自豪地说，从风云一号到风云四号，四台卫星上面的光学仪器，大部分都是我们中科院上海技术物理研究所研制的。



虽然日本和美国也都有气象卫星，但实际上日本最先进的仪器是美国人去帮他研制的。这个有蓝色小翅膀的卫星，是欧洲人研制的，两颗，一个叫FCI，一个叫IRS。FCI相当于我们的多通道扫描辐射计，会在今年发射；IRS相当于我们的垂直探测仪，2022年才发射，相比之下中国早在2016年就发射了。

重装上阵

[B]我们的多通道扫描辐射计是目前全世界最先进的光学仪器。[/B]大家可以看到，左图是风云二号气象卫星拍摄的，右边是风云四号新一代的辐射计拍摄的，它们之间最大的区别在于图的幅数不一样，就是成像谱不一样。左边的这个是5幅图，右边的有14幅图，其中有一幅图是一个合成的图。



[B]它最主要的性能提升体现在，以前我们做一次成像需要半小时，现在我们只需要15分钟；同时，它的空间分辨率从1.2公里的可见光，提升到现在将近500米。[/B]这个升级换代，我们花了将近二十年的时间。

这幅图很漂亮对吧！

这是可见光波段对地球的成像，记录了太阳自东边升起，直到夜幕降临的风云变幻，我们可以看到这个图慢慢地由亮到暗，大家还能看到里面有一些台风眼和一些风云图。



天黑之后怎么办呢？

为了把整个大气环流的传输模型描述得更准确，我们研发了这个划时代的仪器——世界上首台干涉式大气垂直探测仪。它里面有一台迈克尔逊干涉仪，这个干涉仪在一些大学的国家级实验室里也有，但是送到太空中还是第一次。和普通相机拍照所见即所得不同的是，它通过干涉式分光的方式，成像后能形成一个干涉图，经过数学变换，可以得到我们所观测的波段的大气状况。我们管这个叫「大气的指纹」，这里面记载了非常多的物理和气象信息。



我们的探测仪上有1650个探测通道，同一次拍摄可以得到1650幅不同大气波段的图片，因为不同高度的大气对不同探测通道的红外辐射贡献存在差异，根据这些反映差异的图片我们就可以得到大气在垂直高度上的成分、温度和湿度的分布。



这是一个简单的示意动图。我们都知道每上升1公里气温会降低6度，所以大家从图上可以看到越往高处它的温度越低。



这个是我们仪器真正的样子，金灿灿的，它在距离地球35800公里外的地方，此刻也正在凝望着我们。

苦尽甘来

[B]说它是划时代的仪器，大家会问说，美国人怎么不玩呢？实际上美国人从90年代开始在进行这项研究，但是2006年，美国宇航局（NASA）和美国财政部宣布，由于资金和技术的局限，决定放弃这项研究，当时全世界都傻眼了。[/B]

中国是在2001年开始启动研究的，到2006年已经小有成就，美国人的放弃对我们还是造成了不小的冲击。2007年，经过整个项目组的一场集中讨论，我们中国气象人还是决定咬紧牙去攻克这个难关，又经过了「八年抗战」，这个仪器才终于上天，所以这里面真的饱含每一个气象人的辛酸泪。



比如说，我们的手机，一般只能在5 ℃～30 ℃的环境下维持正常工作，有的手机冬天到东北去可能就玩不转了。但是在太空里面，我们要确保仪器在外部温度-120K～60K（K，热力学温度单位，以绝对零度作为计算起点，-273.15℃=0K，每变化1K相当于变化1℃），内部温度65K～200K的环境下依然保持灵敏度且正常运转。

另外，虽说这是一颗静止气象卫星，实际上从微观上来说它是在运动的。为了保证成像质量，仪器对地观测的精确度要求非常高，不能有超过百米级的晃动，这里面我们也是做了很多的研究才克服这个难题。

造福世人

我们花费这么大的精力做这个卫星，究竟能给人们的生活带来什么好处呢？

大家有没有觉得现在天气预报越来越准了呢？其实短期内的天气预报一直是很难的事情，比如说两个小时内，因为如果卫星12小时才能对一个地方进行重访，两个小时内这个云图根本就体现不出来，怎么办呢？



[B]目前在我们的产品运用里面一个很重要的方法，叫数字天气预报，通过对载荷数据的运用，每十年可以让我们的预报周期提前一天，比如十年前只能预报六天，我们现在可以预报七天。[/B]

[B]我们对于长期的气候预报也更准确了。世界级的大规模厄尔尼诺现象可以提前三个月预报，[/B]比如说通过人工干涉，让奥运会开幕式当天不下雨，比如说对空气污染的监测……未来我们的卫星会越来越多了，它带给老百姓的好处也会越来越多。



这图上红旗飘扬的地方就是我们中国的卫星，希望我们中国的卫星在上面越来越红。



这是我们的团队，这是一个既有很多60后、70后气象元老，也有80后年轻人的团队，我很荣幸能够成为当中的一员，工作之余我们都喜欢跑马拉松，对我们来说，科研就像一场马拉松，只有起点，没有终点。

谢谢大家。

编辑：洪漫倩

校对：李其奇

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大国重器风云四号 ：历时21年跻身世界最先进气象卫星行列
2017-09-26 11:05:00　来源: 澎湃新闻(上海) 举报
http://news.163.com/17/0926/11/CV8NAHN9000187VE.html

（原标题：大国重器风云四号 ：历时21年跻身世界最先进气象卫星行列）

9月25日，我国新一代静止轨道气象卫星“风云四号”A星正式交付用户使用。“风云四号”A星综合技术性能国际领先，其交付标志着我国静止轨道气象卫星观测系统实现更新换代，对于保证我国静止气象观测业务的连续、可靠和稳定运行，提高我国航天事业和气象事业的国际地位和影响力具有重大意义。
我是一颗“争气星”
我叫“风四郎”，是一颗新生代的气象卫星。
2016年12月11日凌晨，我在火箭的助力下顺利飞上天空，沿既定的轨道运行。
请大家记住我的大名——风云四号气象卫星。
我的到来，会给这个世界带来一些改变。
别的不说，至少你们每天使用的手机微信首页上的地球，都可能会变成我的杰作。

微信启动页6年首次变脸献礼“风云四号”


FY-4A卫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。 来源于国家卫星气象中心
新生代气象卫星风云四号正式上岗啦！
仗剑走天涯的“风四郎”有什么特别，又将给我们带来哪些惊喜？提前看： 实现两个世界第一，跻身世界最先进气象卫星行列；21年磨一剑，自力更生、自主研制，自带黑科技；分辨率更高、通道更多，台风闪电监测能力大大提高；卫星数据将为国际气象界广泛使用。
初出江湖的我，已经开始了仗剑走天涯的旅程，下面就来给大家讲讲我的故事吧！
之前大部分的静止卫星观测任务都是由我的前辈“风云二号”来完成的。
不过，请大家相信我，我会做得更好。

目前，我已经跻身于当今世界最先进的气象卫星行列。
此言非虚，就拿我身上装备的仪器来说，已经实现了两个第一：
我是世界上第一个装载静止轨道高光谱红外探测仪的气象卫星；我也是世界上装载仪器最多的气象卫星，又省钱、效率又高。

画外音：要干活，全靠身上装备的这些“神器”
与日本的葵花8号、美国的GOES-R、欧洲的MTG……这些世界一流的气象卫星相比，我毫不逊色，堪称一颗“争气星”。
自带“黑科技”的我
我的诞生并不容易，整整耗费了一代人21年的心血，21年！7665个日日夜夜！一个孩童可以成长为青年人！
许许多多参与研制我的卫星气象科技工作者，当初还是青壮年，现在已经步入中老年，黑发变白发，岁月浸染铸就芳华。

风云气象卫星气象科研团队在野外做外场实验
他们为了我、还有我的地面系统、硬件、软件，每一天都在攻坚克难，最后终于成功实现自力更生、自主研制，用自己的科研成果解决问题，我们也因此在国际上挺直了腰杆儿！
我身上的黑科技太多了，一两句说不明白，有一项关键技术，目前只在少数气象卫星实现了，在我国的静止气象卫星上还是首次使用，这项关键技术就是三轴稳定技术。
[B]我在空中扫描地球，就像一个人拿着相机对准地球拍照片一样，拿相机的手当然越稳越好，以前，我们采取的是自旋稳定技术，靠卫星自我旋转来稳定，就像陀螺一样，但是自旋一周360度，只有18度是对准地球的，效率很低，实现了三轴稳定后，我不用自旋就可以稳定，可以始终面向地球扫描。[/B]


[B]我将给天气预报带来什么变化？
跟前辈风云二号比起来，我也有很多新的突破。
我的通道变多了，用专家的话说就是：“过去风云二号卫星，用五个颜色看地球，现在风云四号用16个颜色看地球，分辨率提高了，地球上的各种现象都看得更加准确。”
我是一颗静止气象卫星，最擅长的本领之一就是监测台风，分辨率可达500米，台风的云结构和它的一举一动我都可以看得清清楚楚，对于天气预报中难啃的一块硬骨头——强对流天气，我也能提供很多帮助。

尤其是台风眼，以前风云二号可能分辨率不太够，现在我可以把台风眼拍的一清二楚，等我上岗之后，在监测靠近我国的台风上，有望超越“葵花8号”。
这是因为我搭载了一个闪电成像仪，这个设备可以实现对云中闪电的实时监测，1秒钟可以抓拍500张闪电图，国内首创。
我成了一个“闪电猎手”，这在以前光靠雷达做不到的。

我的本领还有很多，这么说吧，以前的卫星只能给大气拍X光片，现在我可以给大气做“CT”了，算不算是一种质的飞跃呢？
总而言之，我将提高天气预报的准确率和精细度，对气候预测和气候资源利用、灾害和环境监测、人工影响天气和大气科学前沿性探索，也会大有助力。[/B]

风四云图第一次在新闻联播天气预报中使用。
我的名字，你的姓氏
从1995年开始，21年磨一剑，我背后的科研团队有过困惑，有过迷茫，有过质疑，但都坚强地走过来了，在发射成功的那一刻，中国气象局、国防科工局、中国航天科技集团公司等单位的专家们激动得紧紧相拥。

发射成功
青春无悔，我很开心诞生于这个伟大的时代，也为我身后的国家科技创新和进步感到自豪。现在，我来了！

“我”的庐山真面目
在以后的卫星气象图片上，都将冠以：我的名字——风云四号，你的姓氏——中国。
而国际气象界也纷纷表示迫切期待使用我的卫星数据,请大家期待我带来的重大突破。
最后我再给大家送上一个彩蛋：如果想在在轨测试后，获取我的数据，可以在国家卫星气象中心数据服务网站（satellite.cma.gov.cn）上登记并订制服务哦！
（原标题为《大国重器风云四号之 连台风眼中的云都能看得一清二楚！新生代气象卫星上岗了》）
(原标题：大国重器风云四号 ：历时21年跻身世界最先进气象卫星行列）

该贴内容于 [2018-03-10 19:45:11] 最后编辑

全天候“凝视”地球！中国风云四号卫星到底多牛
2016-12-12 10:52:22　来源: 央广网(北京) 举报
http://war.163.com/16/1212/10/C833GDE1000181KT.html

（原标题：全天候“凝视”地球！中国风云四号卫星到底多牛）

全天候“凝视”地球！中国风云四号卫星到底多牛
资料图
成功发射的风云四号，是我国新一代静止轨道气象卫星的首发星，整体性能达到甚至超越欧美最新一代静止轨道气象卫星的水平，一举实现我国卫星技术从“跟跑并跑”向“并跑领跑”的重大跨越。风云四号到底有多“牛”？

新技术：在３６０００公里外“明察秋毫”
如果将太阳同步轨道卫星比喻为围绕着地球转动“流动巡逻的警察”，静止轨道卫星则好比“定点站岗的警察”。风云四号的“岗位”位于距离地球３６０００公里的高空，在如此遥远的太空对地球上风云变幻“明察秋毫”，得益于成功突破了代表国际先进水平的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制、定量化遥感等２０余项关键技术。
高精度的图像定位与配准技术，是各国静止轨道卫星正在全力攻克的关键技术之一。这一技术能让卫星的“眼睛”从几万里之外的太空，精准地看到地球上任何想看的地方，并在拼接图像时做到零误差。为了突破这一技术，美国历时１１年、经过５颗卫星的持续改进，在ＧＯＥＲ－Ｎ上才取得突破，在刚刚发射的ＧＯＥＳ－Ｒ卫星实现了定位精度达到１公里。
中国航天科技集团八院风云四号研制团队经过十多年的技术攻关，先后攻克了卫星高精度姿态确定方法、热变形在轨辨识和建模技术以及姿态、轨道和热变形补偿技术等技术瓶颈，卫星图像导航配准精度达到“１像元”，即在３６０００公里高空对地拍照误差控制在１公里之内，补偿效率到达９８．８％，与美国刚刚发射的ＧＯＥＳ－Ｒ卫星相当。

[B]新平台：实现对地球２４小时“凝视”
今后，在长达７年的设计寿命期间，风云四号将接替风云二号“上岗”，成为全球对地观测业务卫星序列的重要一员。每天２４小时、共计２５５５天的“执勤”期间，不能有丝毫差错，更不能“因病请假”，这对卫星“身体素质”提出了极高的稳定性与可靠性要求。
中国航天科技集团八院科研团队专门为风云四号“量身定制”了一个角秒级测量和控制精度的高轨三轴稳定卫星平台——ＳＡＳＴ５０００平台，平台采用六面柱体构型、单太阳翼、三轴稳定控制方案，并采用了双总线体制、高性能ＡＯＳ技术、大功率电源、整星防静电技术、整星防污染技术等一系列关键技术，可实现对地球２４小时“凝视”。
太阳电池翼是卫星的关键部位之一。传统卫星的太阳翼都是双翼构型，分布在卫星的两侧，好像两只展开的“翅膀”。风云四号却只有一侧装有太阳翼，研究团队专门设计了一款“Ｔ”构型的太阳翼，大大缩短了太阳翼质心与卫星的距离。一旦太阳翼发生晃动或抖动，对卫星的干扰将大大减少。
风云四号上的数管计算机和数据处理器，是卫星数据管理和数据处理的核心部件，相当于整颗卫星的“心脏”，一刻也不能停顿。而风云四号卫星载荷成像精度高、数据量大，如何确保数据处理器、数传系统高速稳定运行，且能灵活配置数据路由，将大量数据及时传回地面，在关键时刻不“卡壳”，也是研制团队面临的一大难题。
通过不断讨论、验证，最终采用了ＳｐａｃｅＷｉｒｅ和高低速总线相结合的模式，突破了静止轨道气象卫星大数据量传输的瓶颈。同时采用了严格的空间防静电设计、光学部件的防污染设计、多活动部件的可靠性与寿命设计等，大大提高了卫星的“身体素质”。
新载荷：把地面隔振平台“搬到”太空
风云四号“最牛”的地方不仅在于搭载了许多先进的观测仪器，更在于将一种对观测环境要求极为“严苛”的仪器，与其他仪器一起搭载在同一颗卫星上，这就是干涉式大气垂直探测仪。
干涉式大气垂直探测仪是一种类似于给大气“做ＣＴ”的先进仪器，但使用起来也极为“娇贵”。一个细小的振动——哪怕只是在卫星边上吹一口气，就会导致产生无法甄别或消除的谱线，使得光谱性能退化。因此，该仪器在地面上使用，需专门为它建造一个超静隔音的地下室。在开放的太空使用，为了防止其他仪器振动和噪音干扰，欧洲计划专门为它发射了一颗卫星。

在国际上，风云四号首次在单星上同时搭载多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪，首次同时实现二维成像观测和大气垂直分层三维观测，实现国外两颗星达到的功能。
为了克服微振动的影响，研制团队对风云四号上的１０多个转动部件的振动特性与传递路径，进行了深入分析和试验，提出了微振动测量与抑制的方法。并在此基础上，在国内率先实现了振源隔振装置和有效载荷隔振装置的工程化，使卫星平台对敏感载荷的振动干扰，降低到０．１ｍｇ（用手轻轻击桌面的振动量级约为３００ｍｇ）。这相当把地面的隔振平台，直接“搬到”了太空。[/B]

史华 本文来源：央广网

该贴内容于 [2018-03-10 19:50:10] 最后编辑