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    中科院上海技物所先進(jìn)儀器助力我國氣象事業(yè)跨代發(fā)展

    [2018/6/6]

      作為我國第二代極軌氣象衛星的首發(fā)星，風(fēng)云三號A衛星自2008年5月27日入軌工作，至今運行滿(mǎn)十年，已被世界氣象衛星協(xié)調組織列入新一代世界極軌氣象衛星觀(guān)測網(wǎng)。

      縱觀(guān)全球風(fēng)云變幻

      風(fēng)云三號氣象衛星是為滿(mǎn)足中國天氣預報、氣候預測和環(huán)境監測等方面迫切需求而建設的新一代極軌氣象衛星。1994年“新一代極軌氣象衛星”列入航天技術(shù)“九五”規劃，2000年11月國務(wù)院正式批準立項“風(fēng)云三號氣象衛星”。風(fēng)云三號的目標是獲取地球大氣環(huán)境的三維、全球、全天候、多光譜、定量、高精度資料。它的升空入軌，標志著(zhù)我國極軌氣象衛星和衛星氣象事業(yè)成功地實(shí)現了技術(shù)換代，實(shí)現了新的跨越發(fā)展。

      中科院上海技術(shù)物理研究所圍繞我國大氣探測戰略需求，瞄準國際上空間遙感技術(shù)競爭的制高點(diǎn)，為風(fēng)云三號A衛星研發(fā)了自主可控的氣象探測光學(xué)主載荷和單機：掃描輻射計、中分辨率光譜成像儀、紅外分光計、地球輻射探測儀，以及紅外地平儀。載荷具備單軌覆蓋3000公里、多光譜、三維垂直探測、定量遙感探測等功能，為衛星獲取全球資料和進(jìn)行多種要素綜合探測提供了技術(shù)升級路徑，支撐我國氣象衛星實(shí)現了從單一遙感成像到地球環(huán)境綜合探測、從公里級分辨率到百米級分辨率的大幅提升。

      繼承超越比肩歐美

      上海技術(shù)物理研究所貢獻的四臺有效載荷均為風(fēng)云三號衛星業(yè)務(wù)運行所需，除十通道掃描輻射計尚有風(fēng)云一號經(jīng)驗可供借鑒和部分繼承外，其余三臺光學(xué)遙感儀器均為我國首次研制，性能已達到并且部分超越當時(shí)運行的國際同類(lèi)產(chǎn)品。

      掃描輻射計作為衛星業(yè)務(wù)應用連續觀(guān)測的有效載荷基本配置，主要任務(wù)是獲取共十個(gè)波段的地球二維景像信息，以1.1公里分辨率發(fā)送、處理并作全球圖像記錄。中分辨率成像光譜儀主要任務(wù)是對地球的海洋、陸地、大氣進(jìn)行全球動(dòng)態(tài)監測，提高中國天氣預報、氣候變化研究和地球環(huán)境監測能力，具有百米分辨率成像能力。作為風(fēng)云系列衛星中的新載荷，它具有新技術(shù)多、功能多、結構復雜、性能指標要求高等特點(diǎn)，研制難度相當大，相關(guān)技術(shù)積累和儲備長(cháng)達數十年。紅外分光計主要任務(wù)是探測大氣溫度、濕度輪廓線(xiàn)、臭氧總含量、云參數和氣溶膠等，為數值天氣預報、氣候變化研究和環(huán)境監測提供重要參數。地球輻射探測儀承擔探測地氣系統的長(cháng)波輻射及地氣系統反射的太陽(yáng)輻射，為中長(cháng)期氣候變化研究提供精確輻射信息的任務(wù)。

      經(jīng)過(guò)十年在軌運行，風(fēng)云三號A衛星目前工作在晨昏軌道，上海技術(shù)物理研究所研制的成像載荷均隨衛星正常運行，超期服役8年，紅外地平儀工作正常，為提高氣象預報精度和防災減災、保證衛星的連續穩定工作發(fā)揮了重要作用，取得了良好的社會(huì )效益。幾臺載荷在軌工作以來(lái)，獲得了大量對地成像、探測遙感數據，由地面應用系統處理生成了多項遙感業(yè)務(wù)產(chǎn)品，直接應用于全球及中國地區重要天氣、環(huán)境事件以及氣候變化等方面的衛星遙感監測和分析。

      探索創(chuàng )新永無(wú)止境

      上海技術(shù)物理研究所在承擔研制風(fēng)云三號衛星有效載荷的過(guò)程中，瞄準當時(shí)歐洲正在研制的METOP衛星、美國開(kāi)展研發(fā)的NPOESS計劃以及即將研制的NPP極軌氣象衛星的有效載荷技術(shù)，突破多項技術(shù)難題，實(shí)現了所有核心技術(shù)的自主研發(fā)，力爭實(shí)現中國空間有效載荷研制技術(shù)從“跟跑”到“并跑”的發(fā)展。在經(jīng)年累月的技術(shù)攻關(guān)中，每個(gè)技術(shù)方案被推翻三四次是常事，甚至整套設計方案被推倒重來(lái)，目標就是趕上國際最高技術(shù)水準。風(fēng)云三號這四臺載荷的相關(guān)技術(shù)成果先后獲得兩項上海市科技進(jìn)步一等獎、兩項上海市科技進(jìn)步二等獎，2017年中國科學(xué)院杰出科技成就獎，同時(shí)也支撐了風(fēng)云三號A衛星獲得國家科技進(jìn)步獎。

      在風(fēng)云三號A星的基礎上，上海技術(shù)物理研究所研制的多臺有效載荷在B、C、D星上持續運行。升空半年有余的風(fēng)云三號D星中分率光譜成像儀已開(kāi)始源源不斷回傳高質(zhì)量數據，包括8K高清真彩色地球影像在內的25個(gè)光譜通道成像數據，還原了一個(gè)最真實(shí)的地球。成像儀多個(gè)通道的空間分辨率達250米，幅寬超過(guò)2800公里，每天都能將全球“掃”2遍。D星另一臺先進(jìn)光學(xué)載荷——紅外高光譜探測儀，則采用新的光學(xué)設計方案，將九個(gè)光學(xué)零件集成在一個(gè)探測器組件上，可有效提升靈敏度——大氣溫度分辨能力可達到0.1℃。它提供的數據能使我國大氣溫度和大氣濕度廓線(xiàn)反演精度在現有基礎上得到顯著(zhù)提升，進(jìn)一步提高中長(cháng)期天氣預報的準確度。

      目前，研發(fā)團隊正在開(kāi)展風(fēng)云三號03批衛星的有效載荷研制工作，目標是繼續做該領(lǐng)域的世界翹楚。這給團隊帶來(lái)了無(wú)與倫比的成就感，是團隊堅持20多年的動(dòng)力，更是吸引諸多年輕人投身這項科學(xué)事業(yè)的重要原因。
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