中国风云气象卫星40年：正在助力气象服务跑赢天灾-观科技

今年，是我国“风云”气象卫星正式命名40周年，11月28日，一场名为“叱咤风云——中国风云气象卫星四十载的壮丽征程”专题展览在上海开幕。就在半个月前（11月15日），我国第二代极轨气象卫星风云三号D再次发射成功，璀璨星空又多了一颗“中国星”，而在两个月前（9月26日），风云四号A星正式交付使用，成为世界气象卫星的“领跑”之星。

我国是世界上气象灾害最严重的国家之一，气象灾害损失占所有自然灾害总损失的70％以上。气象灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重。在全球气候持续变暖的大背景下，各类极端天气气候事件更加频繁，强台风、大暴雨等极端气象灾害多发、重发趋势明显。

今年是风云气象卫星正式命名四十周年，11月28日，由上海航天技术研究院与上海交通大学钱学森图书馆联合推出的“叱咤风云——中国风云气象卫星四十载的壮丽征程”专题展览在钱学森图书馆开幕。展出至2018年2月28日。（图片来源：上海交通大学新闻网）

为了提升全社会抵御气象灾害的能力，保护千家万户的生命财产安全，我国建立并完善了一套气象防灾减灾体制机制。其中，气象卫星是这个体制机制的重要支撑，推进气象灾害防线前移。

1977年，国防科工委在上海召开气象卫星大总体方案论证会,会议正式上报我国第一颗太阳同步轨道气象卫星命名为“风云一号”。

今年11月15日，随着我国第二代极轨气象卫星的第四颗卫星——风云三号04星发射成功，到目前为止,我国已成功发射16颗气象卫星,现有9颗在轨稳定运行,形成了包含风云一号、风云二号、风云三号和风云四号卫星在内的风云卫星家族,是世界上第三个同时拥有地球静止轨道气象卫星和太阳同步轨道气象卫星的国家，也是世界上在轨气象卫星数量最多、种类最全的国家。

“风云一号”A星仅活39天

万事开头难，作为我国研制的第一代太阳同步轨道气象卫星，“风云一号”A星的上天之路并不顺利。1988年9月4日，在太原卫星发射中心，运载火箭燃料加注完毕，卫星进入发射准备阶段，西至喀什、南至海南的测控网站也已全部打开。指挥员发出命令:“5小时准备!”就在这关键时刻,发射控制中心的控制台上突然失去了卫星所有的遥测信号。指挥部不得不决定停止发射。

时任“风云一号”总设计师孟执中、“风云一号”工程总师任新民等带领试验队员们,开始了紧张的现场救修。他们爬上几十米高的塔架,站在20多平方米的高空平台上,对卫星内部精密而复杂的零件逐一排查。

当时,火箭已经加注完毕,装满了燃料,每一个排故动作都要极其小心,稍有不慎就会造成灾难性事故。而排查时间更要分秒必争,因为时间一长,火箭受燃料重力挤压外壳涂层,已经出现了皲裂,再不发射后果难料。

顶住极大压力,试验团队终于找到了“风云一号”A星的问题所在,并做了一次艰难的“手术”,卫星成功升空。

1988年9月7日，中国启用“长征四号”火箭，在太原卫星发射中心成功地发射了一颗试验性气象卫星“风云一号”。这是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星。

但就升空后第39天,意外又发生了。在国家卫星气象中心的云图接收与处理工作室里,大家非常失望看到:卫星姿态发生了故障,云图正慢慢地变得偏斜,最后,只留下地球的一条弧线。卫星失控了!

当时,国家气象局邹竞蒙局长曾急切地问:“还有什么办法吗?”孟执中无言以对,眼神里流露出深深的痛苦。“风云一号”A星在太空仅39天就结束了“生命”。这一失败好似利刃,深深地刺痛着每一位航天人的心。

总结经验教训,1990年9月3日,“风云一号”B卫星再次成功发射。但还是由于经验不足,卫星的计算机电路芯片受空间高能粒子轰击,产生单粒子翻转问题,引起计算机工作失常,姿控系统故障。

怎么办?我国航天人员开展了一场长达75天的卫星地面营救行动,这在世界航天史上都很罕见。航天人员通过加强地面测控管理,每天六轮监视卫星在轨工作,一次又一次挽救了“风云一号”B星的生命。

虽然,这颗卫星最终正常运行了285天,没能达到设计寿命要求。但由此而积累的卫星抢救技术,曾获得航空航天工业部一等奖、国家重大科技成果二等奖。后汇编成册,为我国后续卫星可靠性设计和排故提供了宝贵的借鉴和参考。

“风云二号”01星发生爆炸

“风云二号”气象卫星是我国自主研制的第一代地球静止轨道气象卫星,使我国成为第三个同时拥有太阳同步轨道和地球静止轨道气象卫星的国家。截至目前,共发射7颗,有4颗卫星在轨运行,实现了“多星在轨,统筹运行,互为备份,适时加密”运行模式,为我国和世界的气候监测及天气预报提供了实时动态的气象观测资料。

成绩的背后,我国航天人曾有血的教训,甚至付出了生命的代价。1994年4月,“风云二号”01星来到了西昌卫星发射中心。发射队为了全过程控制卫星的污染问题,在厂房内专门搭建了一个10000级洁净度、控制环境温湿度的净化间。卫星顺利地加注了燃料,装上了固体远地点发动机,准备转场前的最后一次全面测试。

4月2日上午,模拟射前8小时准备的测试开始,一切都很顺利。10点50分左右,时任卫星副总设计师李卿特地到无线测试间,发出模拟2小时准备的口令。他站在频谱仪前,看了一下净化间中处于整装待转场的卫星,低着头全神贯注监视转发器的下行频谱。

突然,一声惊天动地的响声,从厂房大厅透过硕大的测试间玻璃观测窗传来。李卿抬头一看,简直被眼前的景象惊呆了:一人多高的黑色浓烟,夹着血红的火光,像潮水般向他涌来；迎面而来的巨大冲击波,瞬间就震碎了观测窗玻璃,将他摔倒在地；厂房的供电中断了,黑暗的测试间内,弥漫着呛人的烟味。靠着逃生的本能反应,他艰难地退向身后一扇锁着的门,猛地击碎了门上玻璃,才逃离危险。

这次意外的重大事故,使得30多位发射队员受伤住院治疗,同时夺走了在净化间的总装工人陈德全的宝贵生命。4个月后,这次事故的原因终于查明:卫星上加注了60千克的无水肼燃料,星上远地点发动机内也装有653千克固体燃料,卫星本身就是一个大火工品。

但是,当时由于缺乏经验,现场人员对肼燃料的性能和危险性并不清楚,对防静电和环境温湿度有什么要求等也不清楚。血的教训,为我国航天事业积累了一笔极为可贵的财富。

“风云三号”微波成像仪“进口转国产”

“风云三号”是我国新一代极轨气象卫星,跟踪世界先进水平,堪称“创新之星”。其中,微波成像仪(MWRI)是一个重要载荷,主要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重要用途,是中国气象局需求最迫切、关注度最高的卫星遥感设备之一。

风云三号微波成像仪（图片来源：东方网）

1994年，当时微波成像仪只有欧美可以生产,系统之复杂、技术难度之高,在世界航天界首屈一指,我国原计划从国外进口该设备。但欧空局开价6000多万欧元,极其昂贵；俄罗斯愿意低价提供样机方案,但经三年多的合作,到2000年底仍无法实现工程研制。最后,我国决定自力更生,在上海组建一个研究室,专门攻克微波成像仪。但此时,已经比整星研制落后了一年半。

难度之大、时间之紧,非同小可。据中国航天科技集团八院参与设计的何勇礼回忆,当初组建的20多人研究室,在巨大的压力下最后只剩下了6人。实在“熬不下去”的时候,连带头人吕利清都悄悄打好了辞职报告。但最终,他带领核心团队成员咬牙坚持了下来。这一坚持,就是8年。

按照方案,微波成像仪包括探测头部、中央处理器、扫描驱动机构及控制器等多个功能模块,整机重量有150公斤左右。但经过多次协调,总体的重量指标最多只有100公斤。有一天,万般无奈的吕利清冲到了工程总师孙敬良的面前,大声说道:“我要打官司!”

孙敬良看着这个情绪激动的青年人,一面和蔼地让他坐下,一面拿过资料,认真地看了起来。孙敬良用卫星工程系统间为数不多的余量,全力支持国产微波成像仪的研制工作。没过多久,微波成像仪的重量指标放宽到了150公斤,国产化的研制工作迅速地走上了正轨。

经过日夜鏖战,2004年,我国第一台微波成像仪模样机终于问世,性能指标满足“风云三号”气象卫星的全部要求,并且一举突破了所有的关键技术,为后面初样和正样的研制工作扫清了技术障碍。

目前,微波成像仪已经成功地应用于4颗“风云三号”气象卫星,应用成果显著,中国航天科技集团八院的“70后”“80后”设计师,已成为微波成像仪的研制主力军。

2013年1月初,我国极地科考船“雪龙号”被困南极,就是利用“风云三号”微波成像仪探测的数据,分析出被困原因,并给出该海域海冰覆盖变化的总体趋势。2017年2月21日,全国各地大幅降温,京、豫、鲁等地普降大雪,中国气象局运用“风云三号”卫星微波成像仪探测的数据,很快就制作出积雪深度图。

微波成像仪(MWRI)绘制的11月29日全球图像（图片来源：国家卫星气象中心）

我国成为在轨气象卫星最多国家

今年11月15日,我国成功发射的“风云三号”D星上的微波成像仪,具有10个遥感通道,探测频率覆盖、探测灵敏度、定标精度等性能,已与美国国防气象卫星（DMSP）载荷相当,达国际先进水平。

“风云三号”D星的核心仪器还包括升级改进版的“中分辨率光谱成像仪”（MERSI），该设备可以媲美美国最新发射的联合极轨气象卫星（JPSS）的成像仪器，每日无缝隙获取全球250米分辨率真彩色图像，成为国际上最先进的宽幅成像遥感仪器之一。

“风云三号”C星的MERSI绘制的全球拼图

“风云三号”D星有望将我国天气预报的“有效时效”延长2~3天。这一点主要取决于该星所携带的“红外高光谱大气垂直探测仪”，该探测仪采用了目前国际上最先进的傅里叶干涉探测技术，可提升我国中长期数值天气预报的能力。

该星经在轨测试后将投入业务运行，成为我国低轨道下午观测的主卫星，与此前发射的“风云三号”C星组网，形成我国新一代极轨气象卫星上下午观测的布局。

未来十年,我国还将发射10多颗风云气象卫星。包括风云二号卫星1颗,风云三号卫星4颗,风云四号卫星2颗,降水测量雷达卫星2颗,晨昏轨道卫星、静止轨道微波探测卫星、高精度温室气体综合探测卫星、大气环境监测卫星各1颗。

风云气象卫星已被联合国世界气象组织纳入全球对地观测业务卫星序列。据不完全统计，目前接收和应用风云系列气象卫星资料的国家和地区达77个，覆盖“一带一路”周边37个国家。

预计到2030年左右,我国第三代极轨和静止气象卫星将形成全球观测系统,对地球气候系统进行全天候、全天时、三维、定量探测,满足我国气象、水文、农业、防灾减灾、气候变化、保障国家安全等需求,将有力提升我国国际影响力。

（观察者网综合新华网、中新社、上海交大新闻网、东方网等报道）