風雲四號衛星升空“看天兒”

　　12月11日，搭載風雲四號衛星的運載火箭在西昌衛星發射中心點火升空。 （圖片來源：新華社）

　　成功發射的風雲四號，是我國新一代靜止軌道氣象衛星的首發星，整體性能達到甚至超越歐美最新一代靜止軌道氣象衛星的水平，一舉實現我國衛星技術從“跟跑並跑”向“並跑領跑”的重大跨越。它的發射標志著我國靜止軌道氣象衛星實現了升級換代，將大幅度提高我國天氣預報、生態環境監測等能力。

　　新技術：在36000公裡外“明察秋毫”

　　如果將太陽同步軌道衛星比喻為圍繞著地球轉動“流動巡邏的警察”，靜止軌道衛星則好比“定點站崗的警察”。風雲四號的“崗位”位於距離地球36000公裡的高空，在如此遙遠的太空對地球上風雲變幻“明察秋毫”，得益於成功突破了代表國際先進水平的高精度圖像定位與配准、微振動測量與抑制、定量化遙感等20余項關鍵技術。高精度的圖像定位與配准技術，是各國靜止軌道衛星正在全力攻克的關鍵技術之一。這一技術能讓衛星的“眼睛”從幾萬裡之外的太空，精准地看到地球上任何想看的地方，並在拼接圖像時做到零誤差。為了突破這一技術，美國歷時11年、經過5顆衛星的持續改進，在GOER-N上才取得突破，在剛剛發射的GOES-R衛星實現了定位精度達到1公裡。

　　中國航天科技集團八院風雲四號研制團隊經過十多年的技術攻關，先后攻克了衛星高精度姿態確定方法、熱變形在軌辨識和建模技術以及姿態、軌道和熱變形補償技術等技術瓶頸，衛星圖像導航配准精度達到“1像元”，即在36000公裡高空對地拍照誤差控制在1公裡之內，補償效率到達98.8%，與美國剛剛發射的GOES-R衛星相當。

　　新載荷：把地面隔振平台“搬到”太空

　　風雲四號“最牛”的地方不僅在於搭載了許多先進的觀測儀器，更在於將一種對觀測環境要求極為“嚴苛”的儀器，與其他儀器一起搭載在同一顆衛星上，這就是干涉式大氣垂直探測儀。干涉式大氣垂直探測儀是一種類似於給大氣“做CT”的先進儀器，但使用起來也極為“嬌貴”。一個細小的振動——哪怕只是在衛星邊上吹一口氣，就會導致產生無法甄別或消除的譜線，使得光譜性能退化。因此，該儀器在地面上使用，需專門為它建造一個超靜隔音的地下室。在開放的太空使用，為了防止其他儀器振動和噪音干擾，歐洲計劃專門為它發射了一顆衛星。

　　在國際上，風雲四號首次在單星上同時搭載多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀，首次同時實現二維成像觀測和大氣垂直分層三維觀測，實現國外兩顆星達到的功能。為了克服微振動的影響，研制團隊對風雲四號上的10多個轉動部件的振動特性與傳遞路徑，進行了深入分析和試驗，提出了微振動測量與抑制的方法。並在此基礎上，在國內率先實現了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的工程化，使衛星平台對敏感載荷的振動干擾，降低到0.1mg（用手輕輕擊桌面的振動量級約為300mg）。這相當把地面的隔振平台，直接“搬到”了太空。

　　新平台：實現對地球24小時“凝視”

　　今后，在長達7年的設計壽命期間，風雲四號將接替風雲二號“上崗”，成為全球對地觀測業務衛星序列的重要一員。每天24小時、共計2555天的“執勤”期間，不能有絲毫差錯，更不能“因病請假”，這對衛星“身體素質”提出了極高的穩定性與可靠性要求。中國航天科技集團八院科研團隊專門為風雲四號“量身定制”了一個角秒級測量和控制精度的高軌三軸穩定衛星平台——SAST5000平台，平台採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案，並採用了雙總線體制、高性能AOS技術、大功率電源、整星防靜電技術、整星防污染技術等一系列關鍵技術，可實現對地球24小時“凝視”。

　　另外，太陽電池翼是衛星的關鍵部位之一。傳統衛星的太陽翼都是雙翼構型，分布在衛星的兩側，好像兩隻展開的“翅膀”。風雲四號卻隻有一側裝有太陽翼，研究團隊專門設計了一款“T”構型的太陽翼，大大縮短了太陽翼質心與衛星的距離。一旦太陽翼發生晃動或抖動，對衛星的干擾將大大減少。設計團隊最終採用了SpaceWire和高低速總線相結合的模式，突破了靜止軌道氣象衛星大數據量傳輸的瓶頸。同時採用了嚴格的空間防靜電設計、光學部件的防污染設計、多活動部件的可靠性與壽命設計等，大大提高了衛星的“身體素質”。

　　風雲四號的主用戶為中國氣象局。衛星投入使用后，可更加精確地開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測。衛星裝載的閃電成像儀能1秒鐘拍500張閃電圖，探測區域范圍內的閃電頻次和強度，在國內首次提供閃電預警。風雲四號能每3分鐘對台風區域進行觀測，可彌補目前在軌衛星雲圖分辨率不夠高的缺點，還將對災害及環境監測、人工影響天氣、空間天氣研究等提供有力支撐。