風(fēng)云三號06 星：貢獻(xiàn)中國氣象新力量

文/胡藍(lán)月

8 月3 日，風(fēng)云三號06星由長征四號丙運(yùn)載火箭發(fā)射升空。它將接替工作了近10 年的風(fēng)云三號C 星，按照黎明、上午、下午近極地太陽同步軌道和非太陽同步傾斜軌道衛(wèi)星的布局，向世界貢獻(xiàn)全球、全天候、高光譜、三維、定量遙感的中國氣象力量。

10年積累，新星強(qiáng)在何處？

以分鐘為單位，衛(wèi)星視角下的暴雨、臺風(fēng)等極端天氣不再變幻莫測，突發(fā)氣象災(zāi)害的防范化解有跡可循、有據(jù)可依。

以天為單位，越來越精準(zhǔn)的天氣預(yù)報為百姓生活提供重要參考，基于大數(shù)據(jù)的數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)不斷完善，氣象服務(wù)融入日常點滴。

以年為單位，地球氣候變化更加顯著，衛(wèi)星居高臨下俯瞰地球，提供了更豐富、穩(wěn)定、長期的觀測數(shù)據(jù)，幫助人類更深入地認(rèn)知地球。

在過去的100 多年里，地球的平均溫度僅增加了1 攝氏度左右，平均到每年、每天，將是極細(xì)微的變化。這要求氣象衛(wèi)星探測精度足夠高，探測器自身的誤差不能大于地球的溫度偏差。

風(fēng)云三號06 星作為“后起之秀”，與接替的C 星相比，各項指標(biāo)顯著提升，探測更準(zhǔn)、能力更強(qiáng)、壽命更長，實現(xiàn)了我國極軌氣象衛(wèi)星的升級換代。

該衛(wèi)星配備了10 臺有效載荷，包括3 臺改進(jìn)載荷、5 臺集成載荷，還有2 臺全新研制的紫外高光譜臭氧探測儀，將填補(bǔ)我國風(fēng)云衛(wèi)星紫外高光譜臨邊大氣探測的空白，提高對大氣痕量氣體及地球輻射收支能量的觀測精度。

▲ 風(fēng)云三號06 星在軌運(yùn)行效果圖

從能力上看，風(fēng)云三號06 星的紫外至微波探測通道達(dá)6000 多個，與C星的通道數(shù)量相比，呈現(xiàn)指數(shù)級增長，定標(biāo)精度比C 星提升了一倍，這意味著：衛(wèi)星探測能力越強(qiáng)，探測精度越高。

其中，定標(biāo)就像給衛(wèi)星觀測這桿“秤”加上了“準(zhǔn)星”，讓觀測數(shù)據(jù)更真實地反映實際物理量——地球氣候的“真值”。

風(fēng)云三號06 星總指揮李海生舉了個例子，衛(wèi)星搭載的微波溫度計要準(zhǔn)確地給地球“量體溫”，升空前載荷先開展地面定標(biāo)，升空后還要在軌定標(biāo)。探測前，載荷先“看一眼”宇宙冷空，以宇宙溫度的平均值為冷源，再“看一眼”地球，測出地球的溫度數(shù)據(jù)，最后“看一眼”載荷自帶的黑體熱源，以恒定的冷熱值為參考，確保地球“體溫”監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

從重量上看，風(fēng)云三號06 星重約2.7 噸，與C 星相比，提供基礎(chǔ)功能的衛(wèi)星平臺更輕了，負(fù)責(zé)科學(xué)探測的單機(jī)載荷更重、功耗更大、探測能力更強(qiáng)。

▲ 風(fēng)云三號06 星設(shè)備示意圖

▲ 風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星協(xié)同工作

從壽命上看，風(fēng)云三號06 星的設(shè)計壽命為8 年，與C 星5 年的設(shè)計壽命相比，在軌穩(wěn)定性、可靠性方面要求更高。

風(fēng)云三號06 星入軌后，首先進(jìn)行在軌測試。此時C 星繼續(xù)執(zhí)行在軌業(yè)務(wù)。06 星正式交付后，將接替C 星，承擔(dān)上午軌道氣象業(yè)務(wù)，與D 星、E 星、G 星組網(wǎng)后，將進(jìn)一步發(fā)揮風(fēng)云低軌氣象衛(wèi)星完備觀測網(wǎng)的整體優(yōu)勢，有效提升全球數(shù)值天氣預(yù)報的精度和時效性。

“頂流天團(tuán)”，成員各有所長

第一代風(fēng)云一號衛(wèi)星與風(fēng)云二號衛(wèi)星、第二代風(fēng)云三號衛(wèi)星與風(fēng)云四號衛(wèi)星共同組成了氣象衛(wèi)星觀測體系，正是家喻戶曉的“風(fēng)云衛(wèi)星頂流天團(tuán)”。

其中，風(fēng)云一號衛(wèi)星和風(fēng)云三號衛(wèi)星屬于低軌衛(wèi)星，能夠進(jìn)行全球觀測。而風(fēng)云二號衛(wèi)星和風(fēng)云四號衛(wèi)星屬于靜止軌道衛(wèi)星，始終保持和地面相對靜止，對我國及周邊區(qū)域進(jìn)行氣象探測。

其中，風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星是我國第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星（又稱極軌氣象衛(wèi)星），2000 年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)立項研制，截至目前，已規(guī)劃發(fā)展了3 個批次。

01 批是試驗星，包含風(fēng)云三號A星、B 星，分別為上午星和下午星，實現(xiàn)了由風(fēng)云一號到風(fēng)云三號的跨代發(fā)展。

2013 年發(fā)射的風(fēng)云三號C 星和2017 年發(fā)射的風(fēng)云三號D 星是02 批業(yè)務(wù)星，替代退役的風(fēng)云三號A 星、B 星，全面提升探測性能，建立起我國長期、連續(xù)、穩(wěn)定的氣象業(yè)務(wù)觀測體系，實現(xiàn)了中、美、歐在氣象衛(wèi)星領(lǐng)域“三足鼎立”。此次發(fā)射的風(fēng)云三號06 星則接替已經(jīng)超期服役近10年的風(fēng)云三號C 星，再續(xù)“風(fēng)云故事”。

根據(jù)觀測地方時間，極軌氣象衛(wèi)星主要有上午星和下午星兩種類型。

▲ 風(fēng)云氣象衛(wèi)星工作效果圖

▲ 黎明軌道氣象衛(wèi)星工作效果圖

上午星，意思是每次衛(wèi)星飛過同一地點，當(dāng)?shù)貢r間都是在上午10 點左右，而衛(wèi)星飛抵地球另一面，則是地方時的前半夜；下午星飛抵時，當(dāng)?shù)赜^測時間為下午1 點左右，相對應(yīng)的地球另一面則為地方時后半夜；2021年發(fā)射的風(fēng)云三號E 星是全球首顆民用黎明軌道氣象衛(wèi)星，沿地球晨昏線飛行，每次飛掠同一地方都在當(dāng)?shù)厍宄? 點左右，飛抵地球另一面則是黃昏時分。

至于今年4 月16 日發(fā)射的風(fēng)云三號G 星，是我國首顆低傾角軌道降水測量衛(wèi)星，意在解決臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣系統(tǒng)的強(qiáng)降水監(jiān)測問題，提供全球中低緯地區(qū)降水三維結(jié)構(gòu)信息。風(fēng)云三號G 星是“風(fēng)云天團(tuán)”的第20 位成員，標(biāo)志著我國成為全球唯一同時業(yè)務(wù)運(yùn)行晨昏、上午、下午和傾斜共4 條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國家。

“風(fēng)云三號03 批氣象衛(wèi)星包含黎明、上午、下午和傾斜軌道降水測量4 顆氣象衛(wèi)星，完成在軌布置后，可以把氣象預(yù)報的監(jiān)測精度提高3%。低軌氣象衛(wèi)星獲取全球資料的時效性將從6 小時提高至4 小時，災(zāi)害監(jiān)測效率將提高1 倍。”李海生介紹稱。

“風(fēng)云氣象衛(wèi)星多次完成神舟系列飛船、嫦娥工程等重大航天任務(wù)空間天氣保障，為太空資產(chǎn)設(shè)施和太空活動安全提供了有力支持。”風(fēng)云氣象衛(wèi)星工程總設(shè)計師楊軍表示，風(fēng)云氣象衛(wèi)星服務(wù)成果已融入全國衛(wèi)星天氣服務(wù)平臺和“風(fēng)云地球”系統(tǒng)，實現(xiàn)了衛(wèi)星云圖實況對數(shù)值預(yù)報模式的檢驗評估。

利用多星組網(wǎng)、協(xié)同觀測的優(yōu)勢，風(fēng)云氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)和產(chǎn)品在生態(tài)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，實現(xiàn)對全球和重點區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的高時間分辨率和高空間分辨率動態(tài)監(jiān)測評估，其常態(tài)化生態(tài)監(jiān)測評估產(chǎn)品已覆蓋植被、高溫、城市熱島、干旱、水體、藍(lán)藻水華、沙塵、積雪、火情等領(lǐng)域，為美麗中國建設(shè)注入“星能量”。

衛(wèi)星更多，數(shù)據(jù)更全，預(yù)報更準(zhǔn)

目前，我國共有9 顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星在軌運(yùn)行，高軌氣象衛(wèi)星如同“哨兵”，實時監(jiān)測著中國區(qū)域的氣候變化，近地軌道氣象衛(wèi)星則環(huán)球巡查，更詳細(xì)地感知地球冷暖。

▲ 低傾角軌道降水測量衛(wèi)星工作效果圖

以防范應(yīng)對臺風(fēng)“杜蘇芮”為例，位于極軌的風(fēng)云三號系列衛(wèi)星監(jiān)測“杜蘇芮”云系特征、高低層風(fēng)場、三維結(jié)構(gòu)及其環(huán)境場特征，位于靜止軌道的風(fēng)云四號B 星啟動1 分鐘加密觀測，提供最新遙感數(shù)據(jù)支撐。

“我國氣象領(lǐng)域也有自己的ChatGPT，用大數(shù)據(jù)模型來處理海量的氣象數(shù)據(jù)，生成天氣預(yù)報。”李海生介紹，氣象衛(wèi)星是氣象事業(yè)的重要一環(huán)，負(fù)責(zé)根據(jù)需求開展前端數(shù)據(jù)探測，各類數(shù)據(jù)越多，模型越準(zhǔn)確，數(shù)值天氣預(yù)報就越可靠。

其實，目前人們對氣候變化的過程并不十分了解，更精確的氣候模型需要更豐富的觀測資料。

▲ 風(fēng)云氣象衛(wèi)星掃描區(qū)域效果圖

早在2019 年中國航天日期間，我國啟動新一代低軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云五號需求論證工作，提出應(yīng)包括綜合觀測衛(wèi)星、專用觀測衛(wèi)星和應(yīng)急極端天氣監(jiān)測星座群等。作為第三代風(fēng)云低軌氣象衛(wèi)星，我國已啟動風(fēng)云五號系列衛(wèi)星的預(yù)研工作，正在開展新一代衛(wèi)星技術(shù)攻關(guān)。未來，風(fēng)云五號衛(wèi)星與高軌氣象衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)合，將形成完整的氣象衛(wèi)星體系，實現(xiàn)從單星觀測向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)化、體系化綜合觀測發(fā)展，滿足全球資料高時效獲取、氣象應(yīng)急產(chǎn)品實時生成及廣播分發(fā)等需求。

“使用星載激光雷達(dá)測量全球風(fēng)場，獲取三維數(shù)據(jù)，給大氣做‘CT’，加強(qiáng)溫室氣體監(jiān)測，實現(xiàn)我國碳排放計量的自主可控……風(fēng)云衛(wèi)星還有很大的發(fā)展空間。”李海生指出。

或許未來人類將面臨氣候變化的巨大挑戰(zhàn)——高溫、暴雨、臺風(fēng)等極端天氣事件廣發(fā)、頻發(fā)，氣候?qū)?jīng)濟(jì)社會與環(huán)境造成巨大影響。風(fēng)云氣象衛(wèi)星研制團(tuán)隊將繼續(xù)以“監(jiān)測精密、預(yù)報精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”為目標(biāo)，充分發(fā)揮風(fēng)云衛(wèi)星在氣象防災(zāi)減災(zāi)中第一道防線的作用，為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量。