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4月16日9時(shí)36分，長(zhǎng)征四號(hào)乙遙五十一運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，成功將我國(guó)首顆降水測(cè)量專(zhuān)用衛(wèi)星風(fēng)云三號(hào)G星送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。

記者從中國(guó)航天科技集團(tuán)八院了解到，風(fēng)云三號(hào)G星是我國(guó)第二代低軌氣象衛(wèi)星系列風(fēng)云三號(hào)的第7顆衛(wèi)星，也是風(fēng)云氣象衛(wèi)星連續(xù)成功發(fā)射的第20顆衛(wèi)星。它在國(guó)際上首次采用雙頻主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)與被動(dòng)微波、光學(xué)遙感相結(jié)合的綜合探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了降水測(cè)量從“被動(dòng)看”到“主動(dòng)探”的跨越，進(jìn)一步提高了我國(guó)氣象綜合觀測(cè)能力。

這顆衛(wèi)星到底都有哪些“獨(dú)門(mén)絕技”？本文帶您一探究竟。

雙頻段、高精度，讓降水無(wú)處遁形

降水是全球水循環(huán)中的重要過(guò)程，降水量多少和降水在時(shí)間與空間分布的變化會(huì)極大地影響人們生活。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球臺(tái)風(fēng)有三分之一左右產(chǎn)生于北太平洋西部，而我國(guó)正處于北太平洋西部臺(tái)風(fēng)活動(dòng)帶上，近年來(lái)，臺(tái)風(fēng)暴雨內(nèi)澇成為我國(guó)部分城市面臨的重要災(zāi)害之一，給人民生活造成了巨大的影響。

關(guān)于降水資料的獲取，傳統(tǒng)上主要通過(guò)雨量計(jì)、地基雷達(dá)等手段，但由于地面設(shè)備配置數(shù)量有限且分布不均，難以獲取大范圍高空間分辨率的地面降水信息。風(fēng)云三號(hào)G星搭載了我國(guó)首套“空中雨量計(jì)”——星載Ku、Ka雙頻降水測(cè)量雷達(dá)，將雷達(dá)觀測(cè)分辨率高和衛(wèi)星觀測(cè)范圍廣的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)向大氣發(fā)射無(wú)線(xiàn)電磁波信號(hào)，接收大氣中不同高度層的降水粒子反射信號(hào)，獲取垂直方向不同高度層的降水結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn)垂直方向降水的探測(cè)。同時(shí)，利用雷達(dá)跨軌方向的掃描能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平方向的降水探測(cè)，最終使風(fēng)云三號(hào)G星具備自上而下獲取三維結(jié)構(gòu)信息的能力，就如同對(duì)大氣降水進(jìn)行“CT”掃描，獲得降水精細(xì)的立體結(jié)構(gòu)信息。

除此之外，風(fēng)云三號(hào)G星Ku頻段和Ka頻段雷達(dá)同步工作，可以利用大氣中不同高度層的降水粒子對(duì)兩個(gè)頻段雷達(dá)輻射的微波信號(hào)的反射率不同的特性，區(qū)分雨和雪，并對(duì)降水進(jìn)行精確估計(jì)。Ku頻段有利于探測(cè)強(qiáng)降水，Ka頻段則有利于探測(cè)弱降水，兩者結(jié)合形成的雙頻探測(cè)，可以擴(kuò)大降水探測(cè)能力，提高降水反演精度，精準(zhǔn)感知407公里軌道高度內(nèi)地球大氣0.2毫米/小時(shí)如毛毛雨般的降水強(qiáng)度變化，比國(guó)外同類(lèi)儀器在相同靈敏度下的距離分辨率提高了1倍，可獲取更精細(xì)的降水三維結(jié)構(gòu)信息。

多體制、主被動(dòng)，將測(cè)量做到極致

為了進(jìn)一步提升對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害性降水的高精度觀測(cè)，風(fēng)云三號(hào)G星瞄準(zhǔn)了“高探測(cè)靈敏度、高探測(cè)精度、多體制聯(lián)合探測(cè)”的發(fā)展方向。除了主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)外，衛(wèi)星還搭載了一臺(tái)全新升級(jí)換代的儀器——微波成像儀。

作為國(guó)內(nèi)首次配置的降水型多通道、高靈敏、高精度的輻射計(jì)，微波成像儀將在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)9頻點(diǎn)26通道一體化探測(cè)。它可以接收地球大氣10~183GHz微波輻射能量，進(jìn)行全天時(shí)、全天候、多極化協(xié)同探測(cè)。就像一只高靈敏、高精度的千里眼，獲取臺(tái)風(fēng)內(nèi)部溫濕結(jié)構(gòu)、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、臺(tái)風(fēng)影響區(qū)雨強(qiáng)等相關(guān)關(guān)鍵信息，預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)未來(lái)發(fā)展情況，對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨“精確把脈”。

此外，衛(wèi)星搭載的光學(xué)遙感載荷——中分辨率光譜成像儀將實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光/紅外云圖、云頂溫度、云頂高度、有效粒子半徑和云形態(tài)學(xué)方面的要素探測(cè)，進(jìn)而輔助判斷降水云的存在，完善微波測(cè)量的反演結(jié)果。

主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)與被動(dòng)微波、光學(xué)遙感相輔相成，實(shí)現(xiàn)降水要素的多體制聯(lián)合協(xié)同探測(cè)，可謂強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將測(cè)量降水的配置拉成“頂配”，成為降水測(cè)量界的“王炸”。

可俯仰、可掉頭，靈動(dòng)跳出“太空芭蕾”

風(fēng)云三號(hào)G星運(yùn)行在低軌低傾角的非太陽(yáng)同步軌道，對(duì)于軌道上的衛(wèi)星，由于光照條件的不斷變化，其外部熱環(huán)境變化復(fù)雜，太陽(yáng)會(huì)定期出現(xiàn)在軌道面的兩側(cè)，在一段時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)照射衛(wèi)星的左側(cè)面；但過(guò)一段時(shí)間，太陽(yáng)又會(huì)照射衛(wèi)星的右側(cè)面。但風(fēng)云衛(wèi)星定量探測(cè)的需求，要求衛(wèi)星有一面必須始終背向太陽(yáng)，為適應(yīng)低軌低傾角軌道復(fù)雜的光照條件和多變的外熱流，確保衛(wèi)星始終以同一側(cè)面面向太陽(yáng)，保證穩(wěn)定的外部熱環(huán)境和單機(jī)穩(wěn)定的工作環(huán)境，姿軌控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自主偏航姿態(tài)機(jī)動(dòng)模式。當(dāng)太陽(yáng)光從軌道面的一側(cè)運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)時(shí)，衛(wèi)星將自動(dòng)轉(zhuǎn)身180°，實(shí)現(xiàn)從正飛到倒飛，再到正飛的靈活掉頭機(jī)動(dòng)。

此外，衛(wèi)星運(yùn)行在距離地面約407公里高度的低軌道上，大氣密度較高，在太陽(yáng)活動(dòng)高年，衛(wèi)星1天的軌道高度衰減可達(dá)600多米。根據(jù)任務(wù)要求，衛(wèi)星軌道高度要控制在100米的偏差以?xún)?nèi)，每天需要進(jìn)行3次軌道調(diào)整，針對(duì)這種情況，風(fēng)云三號(hào)G星研制團(tuán)隊(duì)凝聚了集體智慧，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星軌道高度維持、偏心率與軌道相位協(xié)同自主控制，使得衛(wèi)星一直以固定高度經(jīng)過(guò)同緯度地區(qū)上空，保障了衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用效能的發(fā)揮。同時(shí)，為了滿(mǎn)足有效載荷在軌執(zhí)行任務(wù)的需求，衛(wèi)星設(shè)計(jì)了三軸任意角度的快速機(jī)動(dòng)、短期姿態(tài)偏置模式，使得載荷有效觀測(cè)范圍提高近50%。

為保證衛(wèi)星超長(zhǎng)壽命業(yè)務(wù)化運(yùn)行，系統(tǒng)全面的保障措施必不可少。風(fēng)云三號(hào)G星研制團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了單機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的故障診斷，采用多層敏感器信息融合故障診斷技術(shù)，可在單個(gè)星敏感器、兩個(gè)星敏感器、多個(gè)星敏感器之間進(jìn)行姿態(tài)基準(zhǔn)切換，并根據(jù)衛(wèi)星需求完成故障診斷和姿態(tài)調(diào)整，真正意義上實(shí)現(xiàn)“靈動(dòng)”。此外，衛(wèi)星采用陀螺多表頭信息完備診斷與不同軸陀螺表頭重構(gòu)，飛輪診斷與故障剔除等技術(shù)手段，使各部位有效備份，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)姿態(tài)安全監(jiān)控，提高了平臺(tái)可靠性，保證了衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行。

在后續(xù)的業(yè)務(wù)運(yùn)行中，風(fēng)云三號(hào)G星將發(fā)揮“獨(dú)門(mén)絕技”，與風(fēng)云三號(hào)晨昏星、上午星、下午星功能互補(bǔ)、相互配合，組網(wǎng)形成完整的低軌氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)綜合觀測(cè)能力，將預(yù)報(bào)精度提高3%左右，將預(yù)報(bào)時(shí)效延長(zhǎng)24小時(shí)左右，將氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)時(shí)效提高近1倍，有效監(jiān)測(cè)衛(wèi)星壽命周期內(nèi)發(fā)生在海上的臺(tái)風(fēng)內(nèi)部云、雨的發(fā)展過(guò)程，為臺(tái)風(fēng)、暴雨、暴雪等災(zāi)害性降水提供高精度觀測(cè)資料，進(jìn)一步提高全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)效能。