▲风二H星试验队在基地的合影
今晚21点07分,风云二号H气象卫星在西昌卫星发射中心发射升空。这是我国自行研制的第一代地球静止轨道气象卫星——风云二号系列的“收官之作”。
从上世纪八十年代开始,我国静止轨道气象卫星实现了从无到有、从弱到强,从试验卫星向业务星的转变,实现了“双星观测、在轨备份”的业务格局。这使得我国气象卫星事业步入了国际气象卫星先进行列。这一切的背后,是全体科研人员的苦心钻研。
中国科学院上海技术物理研究所承担了风云二号气象卫星的“眼睛”——星载光学载荷的研发和制造。这个任务一坚持就是三十余载,九颗卫星的“视力”不断实现新跨越:多通道扫描辐射计的光谱通道从三个增加到五个;每30分钟可获取一幅地球圆盘图信息,能在强对流等灾害性天气活跃时期进行每6分钟一次区域加密观测。这些气象信息将在天气预报、气候预测、自然灾害和环境监测等方面发挥关键作用,也将广泛应用于农业、海洋、交通等行业。
一代气象卫星,三代科研人精益求精
风云二号气象卫星是我国自行研制的第一代地球静止轨道气象卫星,与极地轨道气象卫星相辅相成,构成我国气象卫星应用体系。从1997年至今,我国先后成功发射了八颗风云二号卫星,在轨业务运行良好。
光学载荷就如同气象卫星的眼睛,为了让它们能够远在3.6万千米处的高空对地球上的风云变幻洞察秋毫,上海技物所几代科学家以执着追求奋勇向前的精神,使气象卫星光学载荷研制技术实现了跨台阶的提升。
风云二号气象卫星核心遥感仪器——多通道扫描辐射计,需要将光、机、电、红外探测器、辐射制冷和薄膜光学等多种技术综合应用在一起,世界上只有为数不多的国家能够设计制造这种仪器。自1983年,上海技物所的科研人员就开始了静止卫星光学有效载荷研制的策划与预先研究。
当时我国在该领域的技术积累近乎空白,科研人员白手起家,从学习、调研、思考,到引进、消化、吸收,最终实现了技术改进、自主创新和稳定发展。
自主研发的道路从来没有一帆风顺。1994年4月2日,正在进行最后一次厂房测试的风云二号卫星突然爆炸起火,凝聚着航天人十多年心血的卫星毁于一旦,离卫星爆炸距离最近的技物所科研人员中有五人被烧伤,轻伤数人。
事故的发生,对于在风云二号战线上连续奋战十多年的技物所人是一个沉重的打击。然而,事故发生后三个月,研究所就重新组织起了风云二号扫描辐射计研制队伍,主动、迅速、有序地投入到了新产品的研制工作中。仅仅用二年多时间,研发团队就向卫星总体提交了比原先质量、性能和可靠性更高的扫描辐射计正样发射产品,为1997年我国第一颗地球静止轨道气象卫星的成功发射奠定了重要的技术基础。
2004年,科研团队对02批C星的辐射计实施了重大技术改进,将辐射计的观测通道从三个增加到五个,红外通道的温度分辨率和可见光通道的信噪比均有明显提高,同时增加了对森林火灾、草原火灾、大雾天气和沙尘暴的观测能力。在G星上,扫描辐射计的研制延续了F星的技术路线,并再次实施了三项技术改进,有效提高了风云二号定量化产品的反演精度,使卫星的定量化水平达到国际先进水准。
天上“眼睛”亮了,他却视网膜脱落
“搞科研就是要有点牺牲精神”。这是上海技物所风云二号研制团队灵魂人物、卫星副总设计师、中国科学院院士陈桂林的一句话。这句话也充分体现在由他带领的研制团队三十多年的科研工作中。
风云二号立项之初,绝大多数人都认为这是个投资大、风险高、周期长,而且难以预测结果的项目,其中轻量化的空间大孔径高分辨率光学系统、高精度(角秒级)空间扫描机构、高性能探测器等关键技术都是极具挑战的难题。
为了能掌握第一手气象信息,陈桂林累坏了自己的眼睛和耳朵。1989年,正当他带领大家完成多通道扫描辐射计初样产品研制时,因过度疲劳得了突发性耳聋。但他强忍病痛,坚持工作。住院治疗后,病情稍有转机,他又立即投入工作。如今,陈桂林的左耳已听不到任何声音。
▲风云二号气象卫星辐射计
1994年1月,陈桂林在西昌卫星基地参加风云二号气象卫星首次发射工作,一只眼睛忽然什么也看不清楚,经诊断为视网膜脱落,在医生和领导的一再催促下,他才住进了医院。如今,陈桂林右眼视力不到0.1,但他戴着眼镜,依然奋斗在科研第一线。
2011年春节,研制团队在加班检查整理电单机的电缆接线,陈桂林也来了。他亲自在现场指导。线缆密密麻麻,他眼睛看不清就用放大镜,一根导线、一个接点地检查,不符合要求就重来。他的神情非常严肃,一丝不苟,一边检查一边告诉科研人员哪里的工艺是要注意的,哪里是要仔细检查的。
G星扫描辐射计预交付后,为了解决在整星电测试过程中出现的信号和电位器码异常跳动的现象,陈桂林坚持与团队一起找问题,分析原因。
他反复教导青年科研人员:“遇到问题一定要弄清楚,问题不可怕,松懈的态度是最可怕的。关键在于认真对待,地面上出现的任何异常现象都可能是隐患,到了天上对产品将是灭顶之灾。”
就在扫描辐射计出发进场的前两周,陈桂林突染风寒,高烧到39℃。在病床上的他依然听着辐射计的工作汇报。两周后,尚未痊愈的他又带着咳嗽和试验队一起奔赴卫星发射场。
陈桂林的科研人生就是风云二号气象卫星发展的浓缩史。风云二号卫星性能和质量的提高过程,正是以他为代表的科研人员顽强拼搏、敢于攀登科技高峰的过程。
服务“一带一路”,二代卫星已启航
三十多年来,“风云二号”卫星已成为全球综合观测系统的重要组成部分,被世界气象组织纳入了全球观测业务卫星序列。
三十多年来,风云二号卫星上,上海技物所研发的扫描辐射计所获取的图像资料,已被全国各省市气象台站、周边数十个国家与地区所接收,其资料和产品已经在天气预报、气候预测、自然灾害和环境监测、资源开发和科学研究等领域得到广泛应用。
在风云二号卫星三个批次的研发过程中,上海技物所坚持创新,不断突破,使每批辐射计性能与图像质量都有上台阶的提高——与01批相比,02批增加了长波红外和中波红外两个探测波段;03批扫描辐射计又在前两批基础上,实现多项重大创新突破。
风云二号气象卫星目前有4颗在轨运行,产品质量和性能不断提高。2004年发射的第一颗业务卫星总计在轨工作超过10年,远远超过3年的设计使用寿命。最新地面测试表明,风云二号H气象卫星辐射计不仅保持了性能指标的优良,还能满足用户定量化应用的新需求。
中国气象局将“风云二号”H星列为服务于“一带一路”国家战略的气象卫星,重点为中国西部地区和“一带一路”沿线国家和地区提供服务,实时获取中国及其周边地区可见光、红外云图和水汽分布图,收集并转发气象、海洋和水文等环境监测资料,播发数字展宽云图,严密监视不同时间和空间尺度天气系统的变化,成为提升我国国际影响力的重要力量。
2016年底,我国第二代地球静止轨道气象卫星——风云四号A星成功发射,如今在轨运行状态良好、性能优良,特别是在垂直探测能力和短期灾害性天气预报能力上,走在世界前列。
未来10到15年是我国以空间应用为牵引、以科技创新为动力,实现航天强国梦的关键时期。上海技物所正在为我国的航天遥感技术达到世界先进水平而努力奋斗。
作者:首席记者许琦敏 通讯员陈福春
编辑:李晨琰
责任编辑:张鹏
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