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风云四号 风云四号卫星发射 风云四号资料介绍有什么作用和贡献

来自国防科技工业局和国家航天局的消息,12月11日零时11分,中国在西昌卫星发射中心成功发射长征三号乙运载火箭风云四号卫星。风云四号卫星实现了我国对地静止气象卫星的升级和技术跨越,将以高时间分辨率、高空分辨率和高光谱分辨率观测我国及周边地区的大气、云和空环境,大大提高了天气预报和气候预报能力。

风云四号卫星实现了我国对地静止气象卫星的升级和技术跨越,将以高时间分辨率、高空分辨率和高光谱分辨率观测我国及周边地区的大气、云和空环境,大大提高了天气预报和气候预报能力。数据地图:中国成功发射风云四号科研实验卫星。

风云四号卫星是我国地球静止轨道气象卫星从第一代跨越到第二代的第一颗卫星,也是我国第一颗地球同步轨道三轴稳定定量遥感卫星。采用新开发的SAST5000平台,设计寿命7年。该卫星成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位配准、微振动测量与抑制等20多项核心关键技术,搭载了4个先进有效载荷,总体性能达到国际先进水平。

风云四号卫星搭载了多通道扫描成像辐射计、干涉大气垂直探测器、闪电成像仪和空之间的环境监测仪器包等多种有效载荷。这是世界上首次在高轨道气象卫星上同时加载多通道扫描成像辐射计和干涉大气垂直探测器。风云二号上多通道扫描成像辐射计的成像通道从5个增加到14个,全面提高了多光谱、高频、定量探测地球表面和大气物理参数的能力。干涉型大气垂直探测器是世界上首次搭载在气象卫星上,拥有1700个探测通道,可以实现大气结构垂直方向的高精度定量探测,大大提高了气象观测能力。此外,我国自主研发的星载闪电成像仪,一秒钟可拍摄500幅闪电图,监测跟踪强对流天气,提供雷电灾害预警。

风云四号卫星投入使用后,可以更准确地进行天气监测、预报预警、数值预报和气候监测。比如在台风分析预报中,每3分钟可以观测一次台风区域,提供台风云结构及其演变的精细化动态信息,特别是对台风眼区的监测,可以弥补目前在轨卫星云图分辨率不足的不足,为台风定位和强度确定提供更可靠、更精细的观测数据。此外,风云四号卫星还将为空之间的灾害和环境监测、人工影响天气和天气研究提供强有力的支持。

气象云图是气象观测的重要手段,而地球静止轨道气象卫星运行在地球赤道以上36000公里的高度。在这样的高度拍照不容易。卫星的“镜头”稍有偏差,可能相对于地面相差几十甚至几百公里,真的是“千里之外”。数据图:实验楼风云四号侧。

经过40多年的发展,中国气象卫星及其应用取得了显著成就。在此之前,中国已经成功发射了14颗气象卫星,其中7颗在轨,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之一。极地轨道气象卫星已经升级,并在上午和下午进行观测。风云四号卫星的成功发射,也对静止气象卫星进行了升级,形成了“多星在轨、协同运行、互为备份、及时加密”的商业格局。风云系列卫星的应用效果显著,为许多行业和领域的应用提供了重要支持。中国已有2500多个用户接收和利用风云卫星数据,有效保障了防灾减灾、气候变化和生态环境保护的应用需求。此外,风云系列气象卫星也已被列入国际气象业务卫星序列,70多个国家和地区接收和应用了风云卫星数据,确认了中国在全球观测领域应有的国际地位,增强了在相关国际活动中的话语权。

风云四号卫星项目由国防科技局组织实施,主要卫星用户为中国气象局。卫星和运载火箭分别由中国航天科技集团上海航天技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。Xi安卫星测控中心负责测控通信系统,中国气象局国家卫星气象中心负责地面应用系统建设。这次发射任务是长征系列运载火箭的第242次发射。

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12月11日发射的风云四号,不仅实现了我国高轨气象卫星的升级换代,还成功突破了高精度图像定位配准、微振动测量与抑制、定量遥感等20多项关键技术。

12月11日凌晨,我国首颗高轨道三轴稳定气象卫星风云四号在西昌卫星发射基地成功发射。风云四号作为我国新一代静止气象卫星的第一颗星,不仅实现了我国高轨气象卫星的升级换代,气象观测能力和水平进一步提高,还成功突破了高精度图像定位配准、微振动测量与抑制、定量遥感等20多项关键技术,填补了国内一批技术空,使我国静止定量遥感卫星达到世界先进水平。

这位“上海制造”的“超级气象”智慧之星有哪些“绝活”?《解放日报》上官记者采访了上海航天技术研究院相关专家,一一解答。

风云四号卫星发射场合的实践

千里之外,“射哪里”

气象云图是气象观测的重要手段,而地球静止轨道气象卫星运行在地球赤道以上36000公里的高度。在这样的高度拍照不容易。卫星的“镜头”稍有偏差,可能相对于地面相差几十甚至几百公里,真的是“千里之外”。

风云四号总设计师董耀海说:“卫星扫描成像是一种类似打印机的原理,图像是逐行扫描拼接而成的。为了保证卫星遥感数据的准确性,这就要求卫星在拍摄图像时要‘有针对性’和‘正确’。”“精确瞄准”是指卫星相机总能准确定位同一地理位置;“匹配”是指卫星拍摄的相邻图像之间的相对位置关系应精确配准。"定位和配准的精度将直接影响卫星产品的定量应用."

上一代静止气象卫星风云二号在云图传回后采用地面配准的方法,但风云四号卫星的指标精度大大提高,星上实时配准的效果优于地面配准,因此图像导航和配准技术成为卫星必须突破的关键技术之一。

图像定位配准是实时计算和补偿卫星上相关载荷扫描成像的各种影响因素,消除偏差的影响,实现无姿态偏差、轨道偏差和热变形偏差的“完美”成像,提高图像精度。这也是世界上新一代静止气象卫星的核心技术。

风云四号研究团队根据设计要求,十多年来一直在攻关,先后攻克了卫星高精度姿态确定方法、热变形在轨识别与建模技术、姿态、轨道和热变形补偿技术等技术瓶颈。

经过地面测试,风云四号的定位精度可以达到1像素。什么概念?“卫星在36000公里扫描地球时,卫星载荷镜头对地面的指向精度偏差不超过5角秒,即时钟秒针滴答,每秒转动1/4320的角度,保证了卫星对地面的成像。精准,达到‘哪里拍’。”上海航天技术研究院卫星专家周表示,这与国外最新的高轨道气象卫星处于同一起跑线上,进一步提高了我国静止轨道定量遥感卫星的研究能力。

克服“一口气”的震动

摄影师知道,要拍出漂亮的照片,不仅对焦要准,相机也要稳。如今,强大的防抖技术也是相机制造商的重要卖点。

同样,当卫星在轨道上观测地球时,也应考虑振动对载荷的影响。卫星在轨运行过程中,卫星上的飞轮、冰箱等运动部件的正常运行,必然会给卫星带来微小的振动。风云四号卫星工程总工程师李庆说:“风云四号配置的干涉大气垂直探测器由于其工作机理,对外界微小振动干扰极其敏感。一个微小的振动——哪怕只是在卫星边缘吹气——都会导致产生无法分辨或消除的谱线,从而降低光谱性能。同时,振动也会导致探测器和辐射计扫描机构的扫描控制精度下降,直接影响负载的性能指标。”

风云四号卫星发射场合的实践

根据对比,风云四号具有与美国最近发射的GOES-R卫星和欧洲正在研制的MTG卫星相同的成像观测能力。“但由于技术和资金因素,美国和欧洲在两颗卫星上安装了成像辐射计和干涉型垂直大气探测器,实现成像观测和垂直探测,避免了两个大型光学仪器运动部件带来的动态干扰。技术问题影响图像中每个像素的配准和图像的定位精度。”李庆说。

“这两个载荷之所以能同时加载在风云四号上,是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。”李庆透露,为了克服微振动的影响,研究小组在对卫星10多个旋转部件振动特性和传递路径进行分析测试的基础上,提出了微振动测量和抑制的方法,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开发。“这相当于坐在单台机器的‘软沙发’上,成功隔离了平台的微小振动影响,微振动抑制效率达到90%以上,为检测仪器的正常运行提供了良好的机械环境。”

36,000 km高空“观察秋天”

为了提高天气预报的准确性,数值天气预报已经成为日常天气预报的主要方法,而数值预报的前提是准确的大气观测参数,为复杂的大气环境动力学方程提供初始条件。气象卫星又叫定量遥感卫星。除了获取云图,其更重要的功能是获取准确、定量的大气和地表观测信息,为后续应用提供服务。比如董耀海说,“当地面温度变化1°C时,气象卫星会在3.6万公里空的高度被感应到,为研究人员提供分析。”

鉴于定量遥感的需求日益增加,风云四号搭载的多通道扫描成像辐射计、干涉大气垂直探测器和闪电成像仪的性能较以往卫星有了很大提高。

风云四号卫星发射场合的实践

星载多通道扫描成像辐射计有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,接近美国GOSE-R的16个通道。同时星载辐射定标精度达到1K,灵敏度为0.1K“例如青海湖温度为20°C,风云四号卫星测量其温度误差小于1°C,同时湖温变化0.1°C时,卫星可以准确感知。”董耀海表示,此外,通过观测不同的光谱通道,可以估算出全国的植被覆盖度和亩产粮食量,具有很大的经济效益和社会效益。

星载干涉大气垂直探测器有1700个光谱探测通道,光谱分辨率为0.625cm-1,可实现垂直方向大气结构的高精度定量探测。“这相当于大气的CT扫描。这也是世界上第一次装载地球静止轨道气象卫星。获得的高光谱大气数据可以进一步提高天气预报的精度。”周对说道。

另据报道,我国自主研发的星载闪电成像仪也是我国首次应用。它可以在一秒钟内拍摄500张闪电图,检测该地区闪电的频率和强度,可用于监测和跟踪强对流天气,提供雷电灾害预警。

但董耀海也表示,天气预报是一项极其复杂的工作,除了温度之外,还包括湿度、气压、风力等多项指标,涉及温湿度、导风、闪电、辐射、云和气溶胶、大气成分等几十种卫星遥感数据产品的应用。据悉,风云四号卫星将提供云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等34种数据产品。

打造超豪华高轨道卫星平台

与其他卫星不同,气象卫星需要持续稳定的业务运行数据,即一年365天、一天24小时值班,每天报告雨、温、风等数据,这就要求卫星具有很高的可靠性和时效性。

中国是世界气象组织的重要成员,风云系列卫星也是全球对地观测业务卫星序列的重要成员。除了每个人每天收到的天气预报,还需要为世界其他国家提供气象数据。目前,全球有90多个国家和地区使用风云卫星数据,风云卫星受到国内外的广泛关注。

上海航天科技研究院第三科学研究部主任卢同山表示,为了提供高质量、稳定的业务服务,研究人员为风云四号量身打造了一款高轨道三轴稳定卫星平台——角秒测控精度的SAST5000平台。该平台首次采用六角圆柱形结构,具有承载能力大、质心低、机械响应小、地面大的特点。除了上述国内首创的高精度图像定位配准技术和微振动抑制测量技术外,卫星还采用了双总线系统、高性能AOS技术、大功率电源、整星防静电技术、整星防污染技术等一系列关键技术。卫星设计寿命长达7年,发射重量5400kg,整个卫星寿命末期功率3200瓦,达到国际先进水平。

风云四号卫星发射场合的实践

数据显示,“十二五”期间,我国24小时晴天和雨天预报准确率比“十一五”提高2个百分点,温度预报准确率提高13个百分点,24小时台风路径预报误差下降66公里。全国每年因气象灾害导致的死亡任务也比“十一五”减少了一半以上,气象卫星揭示的产出效益比高达1:40。

随着风云四号科研实验卫星的发射应用和地面应用系统40多种卫星气象产品的开发,将使我国卫星气象事业发生质的飞跃,我国遥感卫星技术也将迈上一个全新的台阶。

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