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中科院三大载荷助力风云四号获取首批图像和数据

文章来源:上海技术物理研究所 科学传播局    发布时间:2017-02-27  【字号:      】

[video:20170227“风云四号”首批图像与数据发布:更高时空分辨率 三维立体观测]

  2月27日,国防科工局和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。由中国科学院上海技术物理研究所研制的星上两大光学载荷——多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪,以及由中国科学院国家空间科学中心研制的空间环境监测仪表现出色,发挥了重要作用。

  此次发布的风云四号卫星首批影像图和数据主要包括:多通道扫描成像辐射计获取的图像、干涉式大气垂直探测仪获取的大气红外辐射光谱、闪电成像仪获取的闪电分布和强度信息、空间环境监测仪获取的空间效应及粒子探测信息。经过对首批获取的图像和数据初步分析,图像层次分明,云层和地表纹理丰富,风云四号卫星的主要探测功能得到全面验证,综合探测能力达到国际领先水平。

  通过近二十年的努力,中科院上海技物所研发团队先后破解了亚秒级指向精度的碳化硅双扫描镜二维扫描机构研制技术、高灵敏度面阵探测器技术、甚长波红外探测技术等技术难题,填补了多项国内空白,实现了所有核心技术自主研发,完成了从基础机理到核心元部件再到系统集成全创新链的自主可控研制,确保风云四号的两只“超级慧眼”——多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪为纯正的“中华牌”。这两大红外光学载荷充分利用卫星姿态的三轴稳定方式,成功抢占了地球静止轨道气象卫星在国际上竞争的制高点:高频次观测和高分辨率区域机动探测能力。

  多通道扫描成像辐射计承担获取地球表面和大气的多种光谱辐射信息,为天气预报、气候观测提供观测数据的重任。与第一代静止轨道气象卫星“风云二号”配置的扫描辐射计相比,它成功实现了技术的代际跨越,大幅提升了仪器性能。辐射计探测覆盖了可见光至波长达13.8微米的甚长波红外波段,光谱通道增加到14个;可见光通道最高空间分辨率由1.25公里提高到500米;每15分钟即可对地球圆盘扫描成像一次,还新增了高速区域扫描功能,可以最快30秒获取一张图的速度,对一百万平方公里(1000km×1000km)范围进行的多光谱密集观测。

  干涉式大气垂直探测仪是国际上首台静止轨道干涉式垂直探测仪,填补了人类在高轨三维精细遥感观测领域的空白。这种利用傅立叶变换原理的探测仪来实现对大气的垂直探测是遥感领域红外光谱技术的一场革命,将引领人类对地遥感探测步入三维立体阶段,为气象观测提供一种新的更可靠的手段。该探测仪在长波红外和中波红外波段可实现1500个以上细分光谱的探测,光谱分辨率达0.625波数,红外波段空间分辨率达16公里,相当于给大气做超过1500层的精细“立体CT”切片式探测。它为人类深入研究大气对流,更精细预测灾害性天气提供了新的可能。这两台光学主载荷同时装载在高轨气象卫星上,在国际上率先实现高时效对地三维探测,对提高我国气象卫星全球观测能力具有划时代的重要意义。

  由中科院空间中心研制的空间环境监测仪包含了3台高能粒子探测器以及磁强计、辐照剂量仪、充电电位探测器和环境远置单元,共计7台单机21件产品,是目前我国在气象卫星上布局空间环境探测单机数量较多的型号。该系统的主要作用是监测空间环境状况、记录空间环境对卫星的影响、保障卫星在轨运行安全。空间环境监测仪具备三大功能,分别是粒子探测、磁场探测和效应探测。具体来说,高能粒子探测器可以实现对电子和质子的通量及能量探测;磁强计可以实现对地球同步轨道的磁场探测;效应探测主要指对空间环境辐射剂量以及卫星表面电位和绝对电位的探测。依靠这三大功能,科研人员可以准确获取卫星轨道的空间环境信息,为空间天气监测预警业务提供重要数据支撑。

  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,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。星上搭载多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪共4台遥感仪器。风云四号卫星是我国航天科技自主创新的新成就,实现了多项重大技术突破。与第一代卫星观测系统相比,观测的时间分辨率提高了1倍,空间分辨率提高了6倍,大气温度和湿度观测能力提高了上千倍,整星观测数据量提高了160倍,观测产品数量提高了3倍。目前,风云四号卫星已完成卫星平台主要功能测试和主要载荷成像模式测试,卫星工作状态良好。风云四号卫星与地面应用系统协调匹配、工作正常,标志着我国静止轨道气象卫星成功实现了升级换代。

  目前,卫星在轨测试正按计划有序开展,预计今年6至7月交付使用。此外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,在区域各国的经济社会发展中发挥作用,体现我国对国际社会的重要贡献,进一步提升我国航天事业和气象事业的国际地位和影响力。

  经过40多年的发展,我国气象卫星及应用取得了举世瞩目的成就。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。

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风云四号A星多通道扫描成像辐射计第一套图像(国家卫星气象中心制图)




(责任编辑:任霄鹏)

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