經報國務院批准,2010年3月,國防科工局、財政部聯合批覆風雲四號科研試驗衛星工程立項。計劃於2016年12月中旬,在西昌衛星發射中心採用長徵三號乙(CZ-3B)運載火箭擇機發射。目前,衛星發在發射場測試準備工作正常。
工程組成和任務分工
風雲四號衛星工程由衛星、運載火箭、發射場、測控、地面應用五大系統組成。國防科工局負責工程的組織實施,航天系統部負責衛星發射和測控,中國航天科技集團公司上海航天技術研究院、中國運載火箭研究院分別負責風雲四號衛星,長徵三號乙火箭研製,中國氣象局國家衛星氣象中心負責衛星數據接收、處理、分發和應用。
風雲四號衛星總體水平及國內外衛星比較
風雲四號衛星首次使用了全新研製的SAST5000平臺,該平臺採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案,具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點。實現了高空對地球的24小時凝視,對地觀測時間利用率接近80%,將為穩定的氣象業務觀測提供有效支撐,總體水平達到國際先進。
總體水平。風雲四號衛星首次使用了全新研製的SAST5000平臺,衛星設計壽命7年,該平臺採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案,具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點。裝載多通道掃描成像輻射計(獲取地球表面和雲的可見光及紅外多光譜、高精度定量觀測數據和高頻次區域圖像)、幹涉式大氣垂直探測儀(獲取大氣溫度、溼度垂直結構觀測數據)、閃電成像儀(獲取覆蓋區域內閃電分別圖)和空間環境監測儀器包(監測太陽活動和空間環境)等4個探測載荷。
國內比較。風雲四號衛星與風雲二號衛星相比,一是實現了自旋平臺到三軸穩定平臺,二是從單一載荷到多載荷的轉變,三是掃描輻射計也從5通道增加到14通道,覆蓋3個可見光和11個短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段,通道數量提升近3倍,四是成像時間解析度提高一倍,單星即可完成風雲二號雙星組網才能實現的15分鐘全圓盤成像,區域觀測能力超過風雲二號,只需3分鐘。
國外比較。風雲四號衛星與日本、美國2016年最新發射的葵花九號衛星、GOES-R衛星及歐洲正在研製的MTG等均屬於新一代靜止軌道氣象衛星。與之相比,具有如下特點:一是掃描輻射計技術指標與美國剛剛發射的GOSE-R相當。同時,星上輻射定標精度達到1K、靈敏度0.1K,也就是說,衛星對地面溫度的測量誤差小於1℃,只要發生0.1℃的變化就能感知出來。此外,衛星全圓盤成像時間15分鐘,1000×1000公裡區域觀測能力3分鐘,與歐美新一代靜止軌道氣象衛星相當。二是最新研製的幹涉式大氣垂直探測儀是國際首次發射。探測儀的探測通道達1700個,可在垂直方向上對大氣結構實現高精度定量探測,大大提高了氣象觀測的能力。三是幹涉式大氣垂直探測儀和多通道掃描成像輻射計兩臺大型儀器載荷是國際首次集於一顆衛星。兩臺載荷均裝有較大慣量的運動部件,同時工作時將對衛星平臺產生擾動,國外為滿足成像質量要求,分別裝在兩顆衛星上實現成像觀測和垂直探測,風雲四號衛星平臺通過採用圖像配準與導航系統和整星隔震系統,解決了世界性難題,實現了兩臺載荷同時工作,達到國際領先水平。四是我國自主研製的閃電成像儀首次在軌應用,填補國內空白。一秒鐘可以拍攝500張閃電圖,探測區域範圍內的閃電頻次和強度,這可以用來實現對強對流天氣的監測與跟蹤,提供閃電災害預警,這也是國內首次應用。
風雲四號衛星重大意義
一是可以更加精確的開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測。風雲四號靜止氣象衛星高時空解析度成像資料、閃電監測資料、大氣三維溫溼度探測資料和空間天氣監測資料將在天氣監測與預報、氣象防災減災、應對氣候變化、生態環境監測、航空和空間天氣等領域得到廣泛應用。如對颱風分析和預報方面,能夠3每分鐘對颱風區域進行觀測,高頻次觀測可提供颱風雲結構及其演變的精細化動態信息,特別是對颱風眼區的監測,可彌補目前在軌衛星雲圖解析度和時間解析度不夠高的缺點,為颱風定位、定強提供更可靠更精細的觀測資料。
二是對災害及環境監測、人工影響天氣、支持大氣科學前沿性探索、空間天氣研究提高有力支持。風雲四號靜止軌道氣象衛星的研製與發射,對滿足我國日益增長的天氣預報、氣侯預測和環境監測等方面的迫切需求,保證我國靜止軌道氣象衛星在軌業務運行和應用服務的連續性,迅速提升我國在實時、動態氣象觀測方面的能力。
三是將進一步拓展國際合作,促進開放共享。風雲四號衛星的成功發射,將對有助於提高我國氣象衛星全球觀測能力,為全球觀測系統的發展做出應用的貢獻,同時為「一帶一路」國家戰略的實施提供強有力的支持,顯著提升我國參與全球競爭的能力,增加我國在相關國際活動中的話語權。
氣象衛星後續發展展望
中國氣象局在《我國氣象衛星及其應用發展規劃(2011-2020)》提出我國氣象衛星後續發展需求,2015年10月,《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)》正式發布,規劃明確氣象事業緊密相關的有13顆衛星,其中全新研製的有大氣環境監測星、陸地生態系統碳監測衛星和靜止軌道微波探測星,確保後續業務運行的有3顆風雲三號衛星,2顆風雲四號衛星,1顆晨昏軌道氣候衛星,2顆降水測量雷達衛星,1顆高精度溫室氣體探測衛星和1顆高光譜衛星。
靜止軌道微波探測衛星。將靜止軌道遙感探測的高時效性優勢和微波對雲雨大氣獨具的穿透性探測能力相結合,有力提升對快速變化的颱風、暴雨等災害性天氣系統的監測預警能力,成功發射後將與風雲四號靜止軌道氣象衛星組網運行,將大幅度增強我國對天氣預報,尤其是對降雨預報、氣候預測、自然環境和自然災害監測的能力。
降水雷達測量衛星。實現主動降水測量與被動微波和光學成像遙感相結合,實現降水和雲雨大氣參數遙感探測,獲取融化層高度和厚度信息,為提高降水數值預報的準確率,優化雲微物理參數化方案提高支撐。
(責任編輯:王若嘉)