風(fēng)云三號(hào)G星的“獨(dú)門(mén)絕技”

【字體：大 中 小】 2023-04-18 10:17:04   來(lái)源： 科技日?qǐng)?bào)  

4月16日，我國(guó)首顆降水測(cè)量專(zhuān)用衛(wèi)星——風(fēng)云三號(hào)G星發(fā)射成功。

風(fēng)云三號(hào)G星是我國(guó)第二代低軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云三號(hào)系列的第7顆衛(wèi)星，該衛(wèi)星在國(guó)際上首次采用雙頻主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)與被動(dòng)微波、光學(xué)遙感相結(jié)合的綜合探測(cè)，將實(shí)現(xiàn)降水測(cè)量從“被動(dòng)看”到“主動(dòng)探”的跨越，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)降水三維立體層析探測(cè)數(shù)據(jù)空白，整體功能性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

讓“毛毛雨”無(wú)處遁形

降水是全球水循環(huán)中的重要過(guò)程，降水量多少和降水在時(shí)間與空間分布的變化會(huì)極大地影響人們生活。我國(guó)處于北太平洋西部臺(tái)風(fēng)活動(dòng)帶上，近年來(lái)，臺(tái)風(fēng)暴雨內(nèi)澇成為我國(guó)部分城市面臨的重要災(zāi)害之一，人民生活受到很大影響。

獲取降水資料，傳統(tǒng)上主要通過(guò)雨量計(jì)、地基雷達(dá)等手段，但由于地面設(shè)備配置數(shù)量有限且分布不均，難以獲取大范圍高空間分辨率的地面降水信息。風(fēng)云三號(hào)G星搭載了我國(guó)首套“空中雨量計(jì)”——星載Ku、Ka雙頻降水測(cè)量雷達(dá)，將雷達(dá)觀測(cè)分辨率高和衛(wèi)星觀測(cè)范圍廣的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，可通過(guò)向大氣發(fā)射無(wú)線電磁波信號(hào)，接收大氣中不同高度層的降水粒子反射信號(hào)，獲取垂直方向不同高度層的降水結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn)垂直方向降水的探測(cè)。

同時(shí)，該衛(wèi)星還能利用雷達(dá)跨軌方向的掃描能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平方向的降水探測(cè)，從而具備自上而下獲取三維結(jié)構(gòu)信息的能力，如同對(duì)大氣降水進(jìn)行“CT”掃描。

此外，兩個(gè)頻段雷達(dá)同步工作，可利用不同高度層降水粒子對(duì)雷達(dá)輻射微波信號(hào)反射率不同的特性，區(qū)分雨和雪，并對(duì)降水進(jìn)行精確估計(jì)。Ku頻段有利于探測(cè)強(qiáng)降水，Ka頻段有利于探測(cè)弱降水，兩者結(jié)合形成的雙頻探測(cè)，可以擴(kuò)大降水探測(cè)能力，提高降水反演精度，精準(zhǔn)感知407公里高度內(nèi)地球大氣0.2毫米/小時(shí)如毛毛雨般的降水強(qiáng)度變化。相比國(guó)外同類(lèi)儀器，其在相同靈敏度下的距離分辨率提高了1倍。

對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨“精確把脈”

除了主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)，風(fēng)云三號(hào)G星還搭載了一臺(tái)全新升級(jí)換代的設(shè)備——微波成像儀。

作為國(guó)內(nèi)首次配置的降水型多通道、高靈敏、高精度的輻射計(jì)，微波成像儀將在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)9頻點(diǎn)26通道一體化探測(cè)。它可以接收地球大氣10至183GHz微波輻射能量，像一只高靈敏、高精度的千里眼，獲取臺(tái)風(fēng)內(nèi)部溫濕結(jié)構(gòu)、臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、臺(tái)風(fēng)影響區(qū)雨強(qiáng)等關(guān)鍵信息，預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)未來(lái)發(fā)展情況，對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨“精確把脈”。

此外，衛(wèi)星搭載的光學(xué)遙感載荷——中分辨率光譜成像儀將實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光/紅外云圖、云頂溫度、云頂高度、有效粒子半徑和云形態(tài)學(xué)方面的要素探測(cè)，進(jìn)而輔助判斷降水云的存在，完善微波測(cè)量的反演結(jié)果。

主動(dòng)降水測(cè)量雷達(dá)與被動(dòng)微波、光學(xué)遙感相輔相成，將實(shí)現(xiàn)降水要素的多體制聯(lián)合協(xié)同探測(cè)。這樣的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將使風(fēng)云三號(hào)G星成為降水測(cè)量界的“頂配”。

不放過(guò)太陽(yáng)的“蹤跡”

風(fēng)云三號(hào)G星運(yùn)行在低軌低傾角的非太陽(yáng)同步軌道，太陽(yáng)會(huì)定期出現(xiàn)在軌道面的左右兩側(cè)，光照條件的不斷變化使得衛(wèi)星外部熱環(huán)境變化復(fù)雜。要保證外部熱環(huán)境和單機(jī)工作環(huán)境穩(wěn)定，衛(wèi)星需要始終以同一側(cè)面面向太陽(yáng)。

為此，姿軌控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自主偏航姿態(tài)機(jī)動(dòng)模式，當(dāng)太陽(yáng)光從軌道面的一側(cè)運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)時(shí)，衛(wèi)星將自動(dòng)完成180度轉(zhuǎn)身，不放過(guò)太陽(yáng)的“蹤跡”。

另外，風(fēng)云三號(hào)G星的運(yùn)行軌道距離地面約407公里，大氣密度較高，在太陽(yáng)活動(dòng)高年，衛(wèi)星1天的軌道高度衰減可達(dá)600多米。而根據(jù)任務(wù)要求，衛(wèi)星軌道高度要控制在100米的偏差以內(nèi)。研制團(tuán)隊(duì)凝聚集體智慧，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星軌道高度維持、偏心率與軌道相位協(xié)同自主控制，使得衛(wèi)星能一直以固定高度經(jīng)過(guò)同緯度地區(qū)上空，保障其業(yè)務(wù)應(yīng)用效能。

在后續(xù)的業(yè)務(wù)運(yùn)行中，風(fēng)云三號(hào)G星將發(fā)揮“獨(dú)門(mén)絕技”，與在軌運(yùn)行的風(fēng)云三號(hào)C星、D星和E星進(jìn)行組網(wǎng)觀測(cè)，形成完整的低軌氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)綜合觀測(cè)能力，使我國(guó)成為全球唯一同時(shí)運(yùn)行“上午、下午、晨昏、傾斜”4條近地軌道氣象衛(wèi)星的國(guó)家。屆時(shí)我國(guó)全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)精度將提高3%左右，預(yù)報(bào)時(shí)效將延長(zhǎng)24小時(shí)左右，氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)時(shí)效可提高近一倍。

編輯：鄭琳

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