风起云涌一览无穷

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  风云二号气象卫星从立项研制到今天D星的发射,历经20个春秋,航天人用生命与誓言,谱写了又一首迎难而上、勇于创新、誓攀科学技术高峰的壮丽诗篇。
  


  
  风云作证彰显中国创造
  
  或许以“风云”来命名中国人自己的气象卫星,体现的正是自主研制卫星的决策者和实践者们不惧风起云涌的坚定信心和豪迈气概。
  


  地球静止轨道气象卫星和地球保持相对静止,可对全球近三分之一的地区进行连续气象观测。起步于上世纪80年代中期的风云二号卫星研制,条件和基础都相对较差,经费也十分缺乏,面临的困难可想而知。但就是在这样的条件下,风云二号卫星创造出了多个“第一”和“之最”:我国第一颗地球静止轨道上的光学遥感卫星、我国最早大量采用轻型新材料的卫星、拥有国际上同类卫星最高定位精度的气象卫星云图、首次在第一代静止轨道自旋稳定的气象卫星上实现了5通道的观测能力……
  而在这一系列的“第一”和“之最”背后,答案只有一个:在中国航天人和气象人的奉献精神面前,技术难题被一个个攻克了。
  


  研制初期,如果要一步跨越到三轴稳定静止气象卫星,面临的技术难题在当时几乎是无法克服的。经过反复论证,科研人员决定利用我国东方红二号卫星的成功经验,采用自旋稳定的姿态方案成功解决了卫星的姿态控制问题。
  在风云二号卫星的设计和制造过程中,许多设计都体现着科研人员的精妙设计与独创智慧。为了减轻卫星的重量,提高卫星的刚度,风云二号卫星首次大量应用了包括碳纤维结构、铝蜂窝板结构等轻型材料。为了与国际同类卫星接轨,科研人员克服重重困难,在卫星上安装了国内最大的星载光学望远镜系统。为适应机械消旋,自主开发了同轴套筒型可同时传输三个频段的微波旋转关节。自旋卫星的星上成像技术是个全新的课题,设计人员解决了在星上对星、日、地视运动进行补偿的同步技术,并创造性地通过电子学的方法测试整个成像系统。卫星在发射时为一个直径2.1米、高4.38米的细长体,在自旋时很容易因为内部燃料的晃动而导致卫星失控,科研人员将风云二号卫星姿态的稳定性控制在很高的精度范围内,解决了细长体卫星在过渡轨道段的主动章动控制问题。
  


  在设计人员多年的努力下,风云二号卫星的一项项技术指标都在接近并超越同类卫星的国际水平。而从B星到C星所迈出的一大步,则实现了从试验卫星到业务卫星的质的转变。为了完成这个转变,科研人员付出了4年时间的艰苦努力,卫星的可靠性、观察能力等重要指标都有了大幅度提高,C星相对于B星共有数百项技术状态得到改进。
  扫描辐射计被称为气象卫星的“眼睛”,在全球同类卫星当中,扫描辐射计最多只有4个观测通道,意味着可以获取4个不同频谱段的卫星云图。科研人员开创性地将B星的3个观测通道一举提升为C星的5个观测通道,在第一代静止轨道气象卫星上实现5个观测通道在世界上尚无先例。C星增添了观测地面火源的本领,观测能力大大增强,并实现了对沙尘暴、雪和森林草原火灾的跟踪监测。
  在2005年以来的汛期,为满足气象观测需求,风云二号C星突破了原先的设计要求,加密取图达到每天48幅。同时,具有自主知识产权的图像定位核心技术,使图像定位精度达到1~2个可见光像元,在国际上处于领先地位。于是台风登陆的具体位置,暴雨将要袭击的范围,以及森林火情的态势都被风云二号卫星一一圈定,为保护人民生命财产立下了赫赫战功,风云二号卫星和地面的应用系统被国防科工委领导称为“天地一体化的楷模”。
  如今,作为国际气象组织全球观测系统中的正式成员,D星与C星这对亲密“姐妹”将在太空并肩作战,以犀利的“天眼”扫视地球风云,将“中国创造”四个大字写上了太空。
  
  气象服务造福公众生活
  
  20年前的天气预报电视节目每天仅十分钟,可是20年后,已经开通了新的气象电视频道,每天制作24小时、各种天气服务套餐俱备的品牌栏目。老百姓的生活中越来越离不开天气预报电视节目了。
  2006年6月4日发生在黑龙江嫩江县嘎拉山、黑龙江大兴安岭松林区砍都河、内蒙古牙克石市免渡河的特大森林火灾被全部扑灭,创造了在短时间内主要靠人力扑灭特大森林火灾的战绩。风云二号C星获取的4个红外通道云图反映的云含水量、温度变化态势和风向,为人工催雨和指挥灭火提供了及时的信息。


  近些年来,气象卫星对灾害性天气的监测并发挥重要作用的事例不胜枚举。2004年8月,中国气象局利用气象卫星等多种观测资料的数值预报模式,对在浙江沿海登陆的台风“云娜”进行了预报和实时警报。由于有了气象卫星实时的有效监测和准确的预报,才使得人员伤亡和经济损失与历史上类似强度的台风相比大为减少。
  在沙尘暴监测中,气象卫星发挥的优势也逐步被公众认可。国家卫星气象中心2001年已开始正式启动沙尘暴监测预警系统,并在2003年春季以后的沙尘天气预报服务中开始发挥作用。地球静止轨道气象卫星对我国大陆、邻海及周边地区进行24小时不间断监测,气象卫星资料可以提供有效监测沙尘暴天气的信息,由于地球静止轨道气象卫星的时间连续性,沙尘暴移动路径动画图清晰可见,不仅增强了提前防治的可能性和操作性,同时也为寻找沙尘原地、走向,沙尘暴发生原因以及治理沙尘提供了重要的信息和依据。2005年4月17日~19日,我国北方地区出现了全年以来范围最大的沙尘天气,共涉及我国北方10个省、自治区、直辖市。4月17日,气象部门预测我国北方地区将出现一次入春以来范围最广、强度较大的沙尘天气过程,并及时通过媒体向社会和公众发布沙尘天气橙色预警信号,为预防沙尘天气可能带来的不良影响提供了准确及时的预报服务。
  气象卫星资料在现代社会越来越成为天气分析、预报服务必不可少的重要监测手段。在灾害性天气的监测,特别是对台风、暴雨、洪水等重大自然灾害天气过程监测中发挥了重要的作用。比如:通过气象卫星提供的资料,确定台风中心位置、强度、移动方向和速度以及强风暴雨出现的地区和时间,为减轻台风带来的灾害做好预防工作。
  通过气象卫星提供的公共气象服务信息,是关乎国计民生的基础信息之一,其目的在于以积极、快速、敏锐的服务意识和科学、高效的服务手段,及时、主动、准确地将气象服务产品传递到政府决策部门、社会公众和合作伙伴中,从而为防灾减灾、可持续发展、趋利避害等提供客观、科学的依据。
  人与自然的关系是人类社会生存与发展必须面对的基本关系。抵御气象灾害、适应气候变化、利用气象资源始终与人类社会的发展相伴随。气象卫星应用目前涉及到人类健康和福利、自然和人类的灾害、天气预报、能源、水资源、气候和气候变化、农业和荒漠化、陆地海岸带和海洋生态系统、生物多样性九大领域,涉及到人类生活的方方面面。
  随着气象卫星技术的不断成熟,人类将在和大自然的和平共处中获得更多的主动权,从而真正实现人与自然的和谐相处。
  


  双星观测睁开“两眼”天更宽
  
  风云二号C星日常运行,每天获取28幅云图,遇汛期等特殊情况要加密观测时,每天获取48幅云图。D星入轨后,两颗卫星按时序安排进行观测,任务工作量比原来提高一倍。
  两颗气象卫星同时在太空运行,形成双星观测的局面,这对气象卫星地面应用系统的在轨测试、业务测控和资料接收处理的能力是一次全新的检验,也是我国气象卫星应用领域的一次重大技术突破。风云二号C星和D星分别定位于东经105度和86.5度赤道上空,在双星观测的重叠区域,可以为汛期或灾害性天气观测提供每15分钟一幅的图像资料。D星的图像资料将弥补西亚、印度洋大范围资料的不足,对天气预报有十分重要的意义。
  正如气象专家们所言,我国处于中纬度西风带,天气系统大多从西边来,从西伯利亚南下的冷空气,从青藏高原上东移的天气系统以及从印度洋北上的暖湿气流都对我国天气有十分重要的影响。有了风云二号C星、D星以后,这一地域的气象情况将处于它们的观测范围之内,也就是说观测气象的视野更宽广了。
  气象专家们还欣喜地告诉记者,风云二号两颗星在天上互为备份,为2008年北京举办奥运会时的气象预报,装备上一双视力极佳的“慧眼金睛”。


  风云二号卫星的“数字语言”拉近了世界气象与中国气象的距离。自从1960年第一颗气象卫星发射成功以来,世界上先后有100多颗气象卫星发射上天。气象卫星经历了从试验到业务、从极轨到静止、从单一仪器观测到综合仪器观测、从单星系统到多星组网观测的发展。目前,国外极轨气象卫星已经发展到第五代,静止气象卫星也已发展到第三代。从总体上看,世界气象卫星事业已经达到了比较高的技术水平,进入了成熟的业务阶段,应用领域广泛、应用效益显著。
  我国的气象卫星发展与国外气象卫星相比起步较晚,但起点较高,发展较快。迄今继美国之后,我国成为世界上第二个同时拥有极轨气象卫星和静止轨道气象卫星业务运行的国家。我国气象卫星已成为世界气象组织全球业务气象卫星观测网中的成员,在世界和周边国家具有举足轻重的影响,为我国赢得了国际地位。
  《我国气象卫星及应用“十一五”规划和2020年远景目标》,勾画了一张我国气象卫星应用发展前景的蓝图。风云二号气象卫星工程结束后,还有风云三号气象卫星工程和风云四号气象卫星工程陆续上马。“十一五”末期,力争使我国气象卫星及应用水平达到20世纪末世界先进水平,2020年前后,接近同期世界先进水平。(宋丽芳、赵<山山>、杨振荣、黄希)
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