捕风捉云 听雷测雨

2018-12-29 10:07 来源:http://www.szmy160.com 作者:win007足球比分   Tags:win007足球比分-球探网www.win007.com|球探网
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  12月11日,搭载的运载火箭在西昌卫星发射中心点火升空,风云四号卫星成功进入预定轨道。风云四号卫星是我国静止轨道气象卫星从第一代(风云二号)向第二代跨越的首发星,也是我国首颗地球同步轨道三轴稳定定量遥感卫星。该卫星首次使用了全新研制的SAST5000平台,设计寿命7年,成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等多项核心关键技术,装载四种先进有效载荷,整体性能达到国际先进水平。

  经过40多年的发展,我国气象卫星及应用取得了举世瞩目的成绩。在此之前,我国已成功发射了14颗气象卫星,其中7颗卫星在轨运行,成为世界上少数几个同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的国家。

  风云系列卫星是我国自主研发的气象卫星,其中单数的风云一号和三号系列卫星运行在距地面高度约500公里至1000公里的极轨上,可以扫描全球的天气态势;双数的风云二号和四号是静止轨道气象卫星,它们“悬停”在距地面近36000公里的太空,密切监视特定区域的天气变化。

  现代化的气象预报对于气象卫星的依赖程度越来越高,气象卫星获取的卫星云图,是天气预报中对天气情况最直观的说明。所以,卫星能否稳住身子、精准瞄准拍摄区域是至关重要的一步。

  由于风云四号卫星位于距地面近36000公里的高空,其拍摄照片的时候就需要更加准确,稍微的偏差就可能是“差之毫厘谬以千里”。根据设计要求,风云四号研制团队历时10余年攻关,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,目的就是让风云四号在拍摄时更准。

  据风云四号总设计师董瑶海介绍,“卫星扫描成像是类似打印机的原理,图像是通过扫描一行一行拼接而成。为了确保卫星遥感数据的精确,这就要求卫星在拍摄图像时,即要做到 瞄得准 ,也要做到 对得上 。”“瞄得准”就是要求卫星的相机能始终准确定位同一个地理位置;“对得上”就是要求卫星拍摄的相邻图像的相对位置关系配准精确,“定位与配准的精度将直接影响卫星产品的定量应用。”

  图像定位与配准就是通过对卫星上关系载荷扫描成像的各种影响因素进行实时计算和补偿,消除偏差影响,实现“无姿态偏差、无轨道偏差、无热变形偏差”的“完美”成像,提高图像的精度。

  光有精度还不够,卫星拍摄时万一“手抖”也会影响图像质量。实际上,导致卫星“手抖”的因素确实存在,比如卫星运行时各个部件的运行都会带来一定的震动效果。

  尤其是在风云四号卫星上搭载的干涉式大气垂直探测仪,因其工作机制对外界微小振动干扰极其敏感,一个细小的振动——哪怕只是在卫星边上吹一口气,就会产生无法甄别或消除的谱线,使得光谱性能退化。同时,振动也会造成探测仪以及辐射计扫描机构扫描控制精度下降,直接影响载荷的性能指标。

  两个极其敏感的载荷同时装备在风云四号上面,对于震动的反应也会更大。但是风云四号的研发人员依靠自己的“金刚钻”,揽下了这单“瓷器活”。

  风云四号工程总师李卿表示,他们解决了卫星平台微振动测量和抑制等核心关键技术。为了克服微振动影响,研制团队在对卫星10余个转动部件的振动特性与传递路径的分析、试验的基础上,提出了微振动测量与抑制的方法,并在工程上成功实现了振源隔振装置和有效载荷隔振装置的研制,“这相当于给单机坐上 软沙发 ,成功隔绝平台微小的振动影响,微振动抑制效率达到90%以上,为探测仪器的正常运转提供了良好力学环境。”

  气象卫星又被叫定量遥感卫星,除了获取云图外,更重要的功能就是获取准确的、定量化的大气和地表观测信息,为后续的应用提供服务。打比方说,当地面的温度有1 变化,气象卫星就要在36000公里的高空感测出来,供科研人员进行分析。

  风云四号上有3个关键的卫星载荷,分别是多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪和闪电成像仪,它们在性能上比之前的卫星有大幅的提升。

  其中多通道扫描成像辐射计的探测波段增加到14个,可见光通道最大空间分辨率由1.25公里提高到500米,每15分钟即可对东半球扫描一次,时间分辨率比原来提高一倍;还新增了区域扫描功能,可以用一分钟一张的时间分辨率对1000公里尺度的区域进行密集观测。

  干涉式大气垂直探测仪在世界上首次实现静止轨道大气高精度温度、湿度参数的垂直结构观测,可以像医院用的CT一样对地球大气进行深入地、切片式地探测,将得到的大气参数输入到大型计算机中进行数值计算,可以为我国及附近区域提供更及时、准确的气象预报服务。

  当形容某件事物的运行速度极快的时候,往往会将之形容为闪电,更有“迅雷不及掩耳之势”,因此拍摄闪电的难度可想而知。但是,风云四号可以轻松拍摄到闪电,且能对其保持跟踪。

  风云四号卫星装载的我国自主研制,也是国内首次应用的闪电成像仪,一秒钟可以拍摄500张闪电图片,探测区域范围内的闪电频次和强度。这可以用来实现对强对流天气的监测与跟踪,提供闪电灾害预警。

  上述3个卫星载荷无疑将使得天气预报更加准确,也更加全面。不过,董瑶海表示,天气预报是一件极其复杂的工作,除了温度外,还包含湿度、压强、风力、风向等很多指标,涉及温湿度、导风、闪电、辐射、云和气溶胶、大气成分等数十个种类卫星遥感数据产品的应用。据悉,风云四号卫星正式投入业务运行后,将提供包括云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等34种数据产品。

  国家国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍,我国风云系列气象卫星现已形成与美国、欧洲气象卫星三足鼎立的局面,目前东半球的气象预报主要靠我国的气象卫星提供相关资料。因此,一旦风云卫星“开小差”,影响的可不仅仅是中国。

  为了确保风云卫星安全,研制团队为它打造了角秒级测量和控制精度的高轨三轴稳定平台——SAST5000平台。李卿介绍,该平台首次采用了六面柱体构型,具有承载能力大、质心低、力学响应小、对地面大等特点。卫星上还采用了双总线体制、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,设计寿命达7年之久。

  除此之外,风云四号搭载的另一载荷——空间环境监测仪器包:将卫星变成一台飞行在太空的测量仪,可以监测卫星所处位置的多种物理参数。苍茫的太空中,卫星也要随时关注自己的运行安全。来自太阳和其他天体的高能粒子、磁场在太空中飞速穿行,不仅会对人造卫星及其他飞行器产生威胁,还可能对地球电离层和磁场造成影响。

  1990年11月我国风云一号B气象卫星在投入运行仅两个月的时候就遭遇高能粒子突袭,造成控制计算机操作异常,导致卫星在太空翻转。1997年1月的一次太阳风暴产生的高能粒子造成美国AT&T公司的一颗通信卫星Telstar401失效,使得福克斯、哥伦比亚广播公司、美国广播公司等的电视信号传输受到影响。这颗造价两亿美元、设计使用寿命为12年的卫星,在仅仅用了3年之后就成为了漂浮在太空的垃圾,给AT&T公司造成的损失高达7.12亿美元。

  风云四号搭载的空间环境监测仪器包可以上述的太空隐形杀手无所遁形:该仪器包包括高能粒子探测器、三轴磁通门磁强计、卫星辐照计量仪与充电电位测量仪等仪器。高能粒子探测器可以探测来自四面八方的高能粒子,记录它们的能量和流量。

  另外,风云四号上首次搭载了磁强计,可以测量其附近空间的磁场大小和方向,有助于建立更精确的全球磁场模型和评估地磁场扰动的大小。卫星辐照计量仪与充电电位测量仪则好像是卫星的血压计和血糖仪,可以实时监测卫星的表面充电、深层充电、辐射剂量等健康指标。

  赵坚表示,风云四号卫星的成功发射意义重大,不仅可以更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测;还可以对灾害及环境监测、人工影响天气、支持大气科学前沿性探索、空间天气研究提高有力支持;并将有助于提高我国气象卫星全球观测能力,为全球观测系统的发展做出应用的贡献,显著提升我国参与全球竞争的能力,增加我国在相关国际活动中的话语权。

  1.获取地球表面和云的多光谱,高精度定量观测数据和图像,获得高频次的区域图像,全面提高对地球表面和大气物理参数的多光谱、高频次、定量探测能力。

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