4月24日，我們將迎來(lái)第8個(gè)中國(guó)航天日。

近年來(lái)，我國(guó)航天事業(yè)取得飛速發(fā)展和進(jìn)步，從“嫦娥”奔月到“天問(wèn)”探火、從“北斗”造福人類(lèi)到“天宮”開(kāi)門(mén)納客，中國(guó)航天用一項(xiàng)項(xiàng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新突破著人類(lèi)探索宇宙的邊界。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星被譽(yù)為“知冷知熱的百姓星、自主創(chuàng)新的爭(zhēng)氣星、服務(wù)全球的中國(guó)星”，為全球126個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供100余種數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。

中國(guó)風(fēng)云衛(wèi)星何以享譽(yù)全球？一起來(lái)看↓

“北風(fēng)其涼，雨雪其雱”，2500多年前的《詩(shī)經(jīng)》記載了古人對(duì)各種天氣現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。從靠抬頭看天和占卜預(yù)測(cè)天氣，到利用琴弦感應(yīng)濕度來(lái)預(yù)測(cè)晴雨，到出現(xiàn)“欽天監(jiān)”這類(lèi)專(zhuān)業(yè)從事氣象工作研究的部門(mén)，再到如今借助衛(wèi)星等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)力量實(shí)現(xiàn)觀云測(cè)雨，自古以來(lái)，中國(guó)人對(duì)風(fēng)云變幻背后奧秘的探索未曾有過(guò)片刻停歇。

4月16日，風(fēng)云三號(hào)07星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心被長(zhǎng)四乙火箭送入400公里外的非太陽(yáng)同步傾斜軌道。不同于風(fēng)云系列的其他衛(wèi)星，07星將專(zhuān)門(mén)承擔(dān)降水測(cè)量的重任。

△長(zhǎng)四乙火箭發(fā)射風(fēng)云三號(hào)07星

“頂流天團(tuán)”再添新成員

1970年，我國(guó)開(kāi)始獨(dú)立自主研制氣象衛(wèi)星，至今已成功發(fā)射兩代四型共20顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星，其中8顆目前在軌運(yùn)行。

△風(fēng)云氣象衛(wèi)星圖譜

第一代風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星與風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星、第二代風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星與風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星，共同組成氣象衛(wèi)星觀測(cè)體系，它們是家喻戶曉的“風(fēng)云衛(wèi)星頂流天團(tuán)”。其中，風(fēng)云一號(hào)衛(wèi)星和風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星屬于低軌衛(wèi)星，圍繞地球飛行，能夠進(jìn)行全球觀測(cè)。而風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星和風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星屬于靜止軌道衛(wèi)星，能夠始終和地面相對(duì)靜止，用于對(duì)我國(guó)及周邊區(qū)域進(jìn)行氣象探測(cè)。

風(fēng)云三號(hào)07星總設(shè)計(jì)師錢(qián)斌介紹，07星是國(guó)內(nèi)首顆、國(guó)際第三顆主動(dòng)降水測(cè)量衛(wèi)星，其最核心的任務(wù)就是監(jiān)測(cè)災(zāi)害性天氣系統(tǒng)強(qiáng)降水過(guò)程，7天就可以完成一遍對(duì)全球中低緯度地區(qū)降水三維層析結(jié)構(gòu)的探測(cè)，填補(bǔ)我國(guó)南北緯50度范圍內(nèi)的降水監(jiān)測(cè)資料。這顆降水測(cè)量衛(wèi)星將提升我國(guó)對(duì)臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)精度，包括提高對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑判斷的準(zhǔn)確性及對(duì)臺(tái)風(fēng)降水量的估計(jì)精度。

△風(fēng)云三號(hào)07星綜合探測(cè)示意圖

國(guó)際上第一顆主動(dòng)降水測(cè)量衛(wèi)星是1997年發(fā)射如今已退役的TRMM降水衛(wèi)星，第二顆是2014年發(fā)射的GPM降水衛(wèi)星，兩顆衛(wèi)星都配有主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)和被動(dòng)的微波成像儀。與之相比，我國(guó)自主研制的這顆降水測(cè)量衛(wèi)星在性能上有了更多提升。

“07星的特色在于搭載的4臺(tái)/套業(yè)務(wù)載荷。包括降水測(cè)量雙頻雷達(dá)、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀、全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測(cè)儀。”錢(qián)斌介紹。

降水測(cè)量雷達(dá)屬國(guó)內(nèi)首次研制，從首次概念提出到工程應(yīng)用前后歷程長(zhǎng)達(dá)17年。隨著降水測(cè)量衛(wèi)星上天，可“透視”降水三維結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了我國(guó)主動(dòng)降水監(jiān)測(cè)的空白。雷達(dá)從衛(wèi)星上對(duì)降水進(jìn)行測(cè)量時(shí)，消除地表回波干擾的能力很強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)300公里幅寬、250米垂直分辨率下，檢測(cè)地球大氣0.2毫米/時(shí)的降水強(qiáng)度變化，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，這意味著從毛毛雨到50毫米/時(shí)以上的暴雨都將被07星悉數(shù)監(jiān)測(cè)到。此外，該衛(wèi)星還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)3種降水相態(tài)的區(qū)分，也就是將能更清楚地對(duì)雨、雪還有冰雹進(jìn)行辨別。

△風(fēng)云三號(hào)07星研制現(xiàn)場(chǎng)

“風(fēng)云三號(hào)03批氣象衛(wèi)星包含黎明、上午、下午和此次發(fā)射的傾斜軌道降水測(cè)量4顆氣象衛(wèi)星。4顆衛(wèi)星完成在軌布置后，可以把氣象預(yù)報(bào)的監(jiān)測(cè)精度提高3%。低軌氣象衛(wèi)星獲取全球資料的時(shí)效性將從6小時(shí)提高至4小時(shí)，災(zāi)害監(jiān)測(cè)效率將提高1倍。”風(fēng)云三號(hào)07星總指揮李海生介紹。

氣象衛(wèi)星都會(huì)攜帶多種載荷進(jìn)行定量觀測(cè)。除黎明星外，風(fēng)云三號(hào)系列衛(wèi)星都裝載了微波成像儀。07星搭載的是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)10.65千兆赫~183千兆赫的9頻點(diǎn)26通道一體化微波成像儀。此外，搭載的中分辨率光譜成像儀將配合星上其他儀器實(shí)現(xiàn)降水和云雨大氣參數(shù)、云層和大氣水含量的探測(cè)；全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測(cè)儀將結(jié)合導(dǎo)航衛(wèi)星，通過(guò)大氣不同折射率，反推確定對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度、濕度和壓力。

“07星成功發(fā)射后，中國(guó)將成為目前全球唯一同時(shí)運(yùn)行晨昏、上午、下午和傾斜4條近地軌道民用氣象衛(wèi)星的國(guó)家。”李海生說(shuō)。

從在軌運(yùn)行39天到目標(biāo)運(yùn)行6年

由于氣候監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)的需要，風(fēng)云系列衛(wèi)星從不停機(jī)。風(fēng)云三號(hào)07星的設(shè)計(jì)壽命是6年，目標(biāo)在軌全天時(shí)不間斷工作5.3萬(wàn)個(gè)小時(shí)。

△風(fēng)云三號(hào)07星示意圖

從1990年到2000年，國(guó)內(nèi)氣象衛(wèi)星發(fā)展并不順暢。“最初想做個(gè)長(zhǎng)壽命衛(wèi)星真的很不容易，一窮二白的背景下，無(wú)論對(duì)環(huán)境還是對(duì)長(zhǎng)壽命、高可靠性的認(rèn)識(shí)都還不夠充分。上世紀(jì)很多老同事都是用一輩子做了一顆衛(wèi)星。”錢(qián)斌說(shuō)，直到1999年風(fēng)云一號(hào)C星上天和2002年風(fēng)云一號(hào)D星上天，氣象衛(wèi)星真正進(jìn)入長(zhǎng)壽命業(yè)務(wù)化的階段，中國(guó)人才真正開(kāi)始對(duì)生產(chǎn)一顆氣象衛(wèi)星比較有把握。如今，風(fēng)云衛(wèi)星的連續(xù)成功應(yīng)用就是憑借最初一顆顆衛(wèi)星研制、一代代人傳承積累下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)。

為了確保長(zhǎng)壽命高可靠性，07星上天前經(jīng)歷了反反復(fù)復(fù)的試驗(yàn)。以載荷降水測(cè)量雷達(dá)為例，雷達(dá)初樣研制階段加電測(cè)試時(shí)長(zhǎng)達(dá)6700小時(shí)，雷達(dá)正樣地面測(cè)試時(shí)長(zhǎng)達(dá)4100小時(shí)。上天之前，雷達(dá)正樣還進(jìn)行了2680小時(shí)的地面標(biāo)定。

△風(fēng)云三號(hào)07星研制現(xiàn)場(chǎng)

“我們?nèi)绻痪邆錃庀笮l(wèi)星監(jiān)測(cè)能力，不掌握核心技術(shù)就會(huì)隨時(shí)被‘卡脖子’。”令李海生一直印象深刻的是，風(fēng)云一號(hào)A星只飛了39天，接下來(lái)的幾顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)間也不長(zhǎng)，甚至在研制過(guò)程中還出現(xiàn)過(guò)失敗的情況。在2001年，美國(guó)提出可以低價(jià)賣(mài)給中國(guó)一顆氣象衛(wèi)星，但是中國(guó)氣象局堅(jiān)定地表示，中國(guó)的氣象衛(wèi)星研制必須自力更生。

1969年，周恩來(lái)總理高瞻遠(yuǎn)矚地提出“要搞我們自己的氣象衛(wèi)星”，并于1970年親自批準(zhǔn)研制氣象衛(wèi)星的任務(wù)。此后50多年，中國(guó)風(fēng)云衛(wèi)星氣象事業(yè)走出了一條從跟跑到并跑再到部分領(lǐng)跑的自立自強(qiáng)之路。

“用戶為氣象衛(wèi)星的研制提供了很大的寬容和支持，從來(lái)沒(méi)有因?yàn)槲催_(dá)到預(yù)期目標(biāo)而直接放棄實(shí)現(xiàn)氣象衛(wèi)星自主研制的目標(biāo)。”李海生說(shuō)，想要實(shí)現(xiàn)氣象衛(wèi)星的自主可控，必須堅(jiān)持長(zhǎng)期持續(xù)的投入。科學(xué)研究一定是有一個(gè)過(guò)程的，只有經(jīng)過(guò)不斷的磨煉和探索，才能真正掌握核心技術(shù)。把硬骨頭一點(diǎn)點(diǎn)啃下，中國(guó)風(fēng)云氣象衛(wèi)星最終“一路開(kāi)掛”。

自20世紀(jì)70年代起，我國(guó)無(wú)論多么困難，從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)對(duì)氣象衛(wèi)星研究發(fā)展的支持。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，從《中國(guó)氣象衛(wèi)星及其應(yīng)用發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》到新一代氣象強(qiáng)國(guó)發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)始終高度重視氣象衛(wèi)星技術(shù)的自主可控。

每年夏季，我國(guó)沿海城市都會(huì)因?yàn)榕_(tái)風(fēng)產(chǎn)生很大的人員傷亡。自從風(fēng)云氣象衛(wèi)星上天后，我國(guó)沒(méi)有漏過(guò)對(duì)一個(gè)臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)。如今，高低軌氣象衛(wèi)星協(xié)同組成一個(gè)完整的氣象衛(wèi)星觀測(cè)體系，我國(guó)24小時(shí)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)路徑誤差低于70公里，和歐美處于同一水平。

氣象衛(wèi)星投入產(chǎn)出比達(dá)1:40，具有極高的社會(huì)價(jià)值。此次發(fā)射的降水測(cè)量衛(wèi)星在今年6月汛期來(lái)臨之前上天，將通過(guò)對(duì)降水和臺(tái)風(fēng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最快發(fā)揮出最大效益。

為全球生成更快、更準(zhǔn)確氣候預(yù)報(bào)

瑞士再保險(xiǎn)瑞再研究院的一份年度報(bào)告顯示，2022年，颶風(fēng)、洪水等自然災(zāi)害給全球帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2750億美元，約合人民幣1.88萬(wàn)億元。從世界范圍來(lái)看，氣象預(yù)報(bào)的時(shí)效性、精準(zhǔn)性及公眾服務(wù)性仍需要增強(qiáng)。

作為目前世界上在軌數(shù)量最多、種類(lèi)最全的氣象衛(wèi)星星座之一，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星在世界范圍內(nèi)擁有龐大的用戶群體，廣受歡迎。習(xí)近平主席曾一年之內(nèi)先后3次在國(guó)際上公開(kāi)承諾，利用中國(guó)風(fēng)云氣象衛(wèi)星資料為國(guó)際服務(wù)。

△風(fēng)云氣象衛(wèi)星效益示意圖

如今，風(fēng)云氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)面向全球開(kāi)放、實(shí)時(shí)共享，正為全球126個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供100余種數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)。世界氣象組織秘書(shū)長(zhǎng)彼得里·塔拉斯在世界氣象大會(huì)上表示：風(fēng)云氣象衛(wèi)星已達(dá)世界領(lǐng)先水平。

國(guó)際數(shù)值天氣預(yù)報(bào)最高水平的歐洲中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）歐洲地球系統(tǒng)同化首席科學(xué)家史蒂芬·英格力士也贊揚(yáng)風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到和美國(guó)、歐洲衛(wèi)星相當(dāng)?shù)乃健?/p>

高頻次的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于短臨天氣預(yù)報(bào)，特別是突發(fā)天氣事件尤為重要。如果能夠?qū)⑷虻挠^測(cè)數(shù)據(jù)有效地集中起來(lái)，那么全世界對(duì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力將大幅提升。

雖然人類(lèi)自古以來(lái)就嘗試觀云測(cè)象，但數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的出現(xiàn)才開(kāi)始真正引領(lǐng)氣象預(yù)報(bào)技術(shù)走向現(xiàn)代化。李海生解釋?zhuān)骸皵?shù)值天氣預(yù)報(bào)是今后氣象預(yù)報(bào)發(fā)展的一個(gè)重要方向。通過(guò)算法模型來(lái)實(shí)現(xiàn)智能天氣數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，就像ChatGPT在氣象預(yù)報(bào)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)就是通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的數(shù)字模型，將氣象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷往模型中填充。模型通過(guò)訓(xùn)練不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)推斷未來(lái)一星期、兩星期甚至更長(zhǎng)時(shí)間的氣象預(yù)報(bào)走勢(shì)。07星上天后能為中國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)模型提供更多實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有效提升我國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的運(yùn)行精度。

此外，07星搭載的全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測(cè)儀可接收處理我國(guó)北斗衛(wèi)星和GPS掩星信號(hào)，每天能獲得超過(guò)1000條大氣參數(shù)廓線，對(duì)數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式貢獻(xiàn)明顯。

△風(fēng)云三號(hào)07星研制現(xiàn)場(chǎng)

接下來(lái)的路，風(fēng)云衛(wèi)星需要自己摸索著前行了。李海生評(píng)價(jià)，當(dāng)前風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星在國(guó)際上處于局部領(lǐng)先，整體達(dá)到世界平均先進(jìn)水平的地位。第一代氣象衛(wèi)星解決了基本的天基氣象觀測(cè)需求，實(shí)現(xiàn)氣象衛(wèi)星從無(wú)到有并業(yè)務(wù)化運(yùn)行。第二代氣象衛(wèi)星解決了天氣預(yù)報(bào)對(duì)于氣象觀測(cè)精度的需求，我國(guó)氣象衛(wèi)星發(fā)展進(jìn)入與國(guó)際氣象衛(wèi)星先進(jìn)水平看齊的并跑階段。

根據(jù)規(guī)劃，從2025年到2035年，我國(guó)將完善第二代并同步發(fā)展第三代風(fēng)云衛(wèi)星綜合觀測(cè)體系，發(fā)展星地協(xié)同智慧觀測(cè)一體化技術(shù)，建立支撐精細(xì)預(yù)報(bào)的智慧觀測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

正處于論證階段的第三代風(fēng)云氣象衛(wèi)星風(fēng)云五號(hào)衛(wèi)星、風(fēng)云六號(hào)衛(wèi)星，已經(jīng)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)氣象強(qiáng)國(guó)目標(biāo)、為全球氣象觀測(cè)貢獻(xiàn)更多力量的重要部分。