我国静止轨道气象卫星成功实现升级换代！2月27日，国防科工局、中国气象局联合发布了我国新一代静止轨道气象卫星风云四号获取的首批图像与数据。
   

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，由中国航天科技集团上海航天技术研究院抓总研制，于2016年12月11日在西昌卫星发射中心成功发射，经过5次机动变轨后，12月17日成功定点于东经99.5°赤道上空，并正式命名为风云四号A星。“卫星成功定点后的三个月时间里，我们完成了卫星平台的在轨测试，目前卫星状态良好，姿态稳定，电源正常，温度适宜。”上海航天技术研究院相关负责人透露。

2017年1月19日风云四号获取的气象云图  上海航天技术研究院提供

世界先进：图像定位与配准在轨实测优于2公里
   

作为气象卫星领域的“智慧星”，风云四号上搭载多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间天气监测仪等4台“神器”。
   

据透露，在已经完成的在轨测试中，进行了扫描辐射计的可见光通道连续成像和红外通道成像、垂直探测仪的可见光通道连续成像，并连续进行了闪电成像仪的闪电观测、地标观测，有效验证了载荷的功能。
   

多通道扫描成像辐射计拥有14个辐射成像通道，覆盖可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段，接近美国的GOSE-R的16通道，同时星上辐射定标精度达到1K、灵敏度0.1K。“举例来说，青海湖的温度是20℃，风云四号卫星可以做到对其温度的测量误差小于1℃，同时，当湖水温度变化0.1℃时，卫星就能够准确感知出来。”风云四号总设计师董瑶海表示，此外还可以通过不同光谱通道的观测，对全国植被覆盖、粮食亩产等做出预估，经济社会效益巨大。“此次扫描辐射计生成的地球固定网格图像清晰、位置准确，由此生成的可见光云图动画连续，无地球抖动现象，图像定位与配准在轨实测优于2公里，补偿结果符合预期，卫星的图像定位精度世界先进。”
   

作为“一个顶俩”的卫星，风云四号卫星在国际上首次将多通道扫描成像辐射计和可以给大气做“CT”的干涉式大气垂直探测仪装载于同一颗卫星，以实现成像观测和大气垂直探测相结合的综合观测。在已经进行的在轨测试中，干涉式大气垂直探测仪成功实现了静止轨道全球首次大气垂直探测。干涉式大气垂直探测仪首幅红外干涉图下传后，与标准教科书的大气特征频谱比对结果表明，堪称非常完美。
   

在风云四号卫星公布的云图中，还有一类是闪电成像图，这由风云四号卫星装载的我国首次研制的闪电成像仪所拍摄，这也是全球首次发布高轨闪电探测产品。风云四号卫星闪电成像仪可秒拍500张闪电图，并完成闪电成像数据在轨实时处理，实现对强对流天气的监测和跟踪。在轨测试中，风云四号卫星闪电成像仪观测到了南半球的闪电事件。

当前，风云四号卫星所有载荷都处于开机24小时运行状态，后续，将继续对4个有效载荷性能进行测试。
   
   

防抖神技：图像定位配准和微振动抑制技术

目前已完成的在轨测试也成功验证了风云四号卫星的两项防抖神技——图像定位配准和微振动抑制技术。
   

董瑶海说，“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。”
   

前一代静止气象卫星风云二号上，采取的是云图传回后在地面进行配准的方法，但风云四号卫星指标精度大幅提高，星上实时配准的效果要优于地面配准，图像导航与配准技术也就成为卫星必须突破的重大关键技术之一。
   

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。这也是的当前世界新一代静止轨道气象卫星的核心技术。
   

摄影爱好者都知道，要拍摄出一幅精美的照片，不仅要对焦准确，还要保持相机的稳定，卫星在轨道上观测地球，也要考虑振动对载荷的影响。卫星在轨运行期间，星上活动部件比如飞轮、制冷机等的正常工作，不可避免会给卫星带来细小的振动。风云四号卫星工程总师李卿说，“风云四号配置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，就会导致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。”
   

根据对比，风云四号与美国前不久发射的GOES-R卫星和欧洲正在研制的MTG卫星在成像观测能力方面相当。“但美、欧由于技术、经费等方面的因素，把成像辐射计和干涉式垂直大气探测仪，分别装在两颗卫星上实现成像观测和垂直探测，以避免两台大型光学仪器运动部件带来的动力学干扰等技术问题，影响到图像中每个像素的配准和图像的定位精度。”李卿说。
    

“之所以能将这两种载荷同时装载到风云四号上，因为我们解决了卫星平台微振动测量和抑制等核心关键技术。”李卿透露，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。
    

据透露，国防科工局、中国气象局正在按计划组织有关单位开展卫星在轨测试，计划今年6月-7月份交付使用，同步组织力量在天气预报、防灾减灾、应对气候变化、资源开发、生态环境监测和空间天气预警等领域开展应用攻关，积极推动在水利、农业、林业、环境、减灾、海洋、能源和航空等行业的应用。同时，为“一带一路”沿线国家提供高精度的气象卫星资料，为共同构建防灾减灾体系提供支撑。
   

迄今为止，我国已成功发射了15颗气象卫星，其中8颗卫星在轨运行，实现了气象卫星业务化和系列化，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。

题图来源：中国天气网  图片编辑：笪曦  编辑邮箱：liukun0905@sina.com