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風雲三號G星的「獨門絕技」

2023-04-17 15:14    作者:付毅飛   來源:科技日報   VIEW:


  4月16日9時36分,長征四號乙遙五十一運載火箭在酒泉衛星發射中心點火升空,成功將我國首顆降水測量專用衛星——風雲三號G星送入預定軌道,發射任務取得圓滿成功。
  風雲三號G星是我國第二代低軌氣象衛星風雲三號系列的第7顆衛星。記者從中國航天科技集團八院瞭解到,該衛星在國際上首次採用雙頻主動降水測量雷達與被動微波、光學遙感相結合的綜合探測,將實現降水測量從「被動看」到「主動探」的跨越,填補國內降水三維立體層析探測數據空白,整體功能性能達到國際先進水準。
這顆衛星到底都有哪些「獨門絕技」?本文帶您一探究竟。
讓「毛毛雨」也無處遁形
  降水是全球水循環中的重要過程,降水量多少和降水在時間與空間分布的變化會極大地影響人們生活。我國處於北太平洋西部颱風活動帶上,近年來,颱風豪雨內澇成為我國部分城市面臨的重要災害之一,人民生活受到很大影響。
  獲取降水資料,傳統上主要通過雨量計、地基雷達等手段,但由於地面設備配置數量有限且分布不均,難以獲取大範圍高空間分辨率的地面降水資訊。風雲三號G星搭載了我國首套「空中雨量計」——星載Ku、Ka雙頻降水測量雷達,將雷達觀測分辨率高和衛星觀測範圍廣的優勢結合起來,可通過向大氣發射無線電磁波信號,接收大氣中不同高度層的降水粒子反射信號,獲取垂直方向不同高度層的降水結構資訊,實現垂直方向降水的探測。
  同時,該衛星還能利用雷達跨軌方向的掃描能力,實現對水準方向的降水探測,從而具備自上而下獲取三維結構資訊的能力,如同對大氣降水進行「CT」掃描。
  此外,兩個頻段雷達同步工作,可利用不同高度層降水粒子對雷達輻射微波信號反射率不同的特性,區分雨和雪,並對降水進行精確估計。Ku頻段有利於探測強降水, Ka頻段有利於探測弱降水,兩者結合形成的雙頻探測,可以擴大降水探測能力,提高降水反演精度,精準感知407公里高度內地球大氣0.2毫米/小時如毛毛雨般的降水強度變化。相比國外同類儀器,其在相同靈敏度下的距離分辨率提高了1倍。
對颱風豪雨「精確把脈」
  除了主動降水測量雷達,風雲三號G星還搭載了一臺全新升級換代的設備——微波成像儀。
  作為國內首次配置的降水型多通道、高靈敏、高精度的輻射計,微波成像儀將在國內首次實現9頻點26通道一體化探測。它可以接收地球大氣10至183GHz微波輻射能量,像一隻高靈敏、高精度的千里眼,獲取颱風內部溫濕結構、颱風強度、颱風影響區雨強等關鍵資訊,預測颱風未來發展情況,對颱風豪雨「精確把脈」。
  此外,衛星搭載的光學遙感載荷——中分辨率光譜成像儀將實現可見光/紅外雲圖、雲頂溫度、雲頂高度、有效粒子半徑和雲形態學方面的要素探測,進而輔助判斷降水雲的存在,完善微波測量的反演結果。
  主動降水測量雷達與被動微波、光學遙感相輔相成,將實現降水要素的多體制聯合協同探測。這樣的強強聯合,將使風雲三號G星成為降水測量界的「頂配」。
靈動跳出「太空芭蕾」
  風雲三號G星運行在低軌低傾角的非太陽同步軌道,太陽會定期出現在軌道面的左右兩側,光照條件的不斷變化使得衛星外部熱環境變化複雜。要保證外部熱環境和單機工作環境穩定,衛星需要始終以同一側面面向太陽。
  為此,姿軌控系統設計了自主偏航姿態機動模式,當太陽光從軌道面的一側運動到另一側時,衛星將自動完成180度轉身,靈動地跳出「太空芭蕾」。
  另外,風雲三號G星的運行軌道距離地面約407公里,大氣密度較高,在太陽活動高年,衛星1天的軌道高度衰減可達600多米。而根據任務要求,衛星軌道高度要控制在100米的偏差以內。研製團隊凝聚集體智慧,實現了衛星軌道高度維持、偏心率與軌道相位協同自主控制,使得衛星能一直以固定高度經過同緯度地區上空,保障其業務應用效能。
  在後續的業務運行中,風雲三號G星將發揮「獨門絕技」,與在軌運行的風雲三號C星、D星和E星進行組網觀測,形成完整的低軌氣象衛星業務綜合觀測能力,使我國成為全球唯一同時運行「上午、下午、晨昏、傾斜」4條近地軌道氣象衛星的國家。屆時我國全球數值天氣預報精度將提高3%左右,預報時效將延長24小時左右,氣象災害監測時效可提高近一倍。
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