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不是简单复制A星 风云四号B星有三大技术突破

作者:admin 来源:未知 时间:1622754085 点击:

[文章前言]:风云四号B星是我国第二代静止轨道气象卫星风云四号光学系列的第2颗卫星,也是该系列的第1颗业务卫星,在继承A星综合探测能力优势的基础上,风云四号B星的观测能力将进一步升级

  风云四号B星是我国第二代静止轨道气象卫星风云四号光学系列的第2颗卫星,也是该系列的第1颗业务卫星,在继承A星综合探测能力优势的基础上,风云四号B星的观测能力将进一步升级。

  新装载的快速成像仪,最高可见光分辨率250米,相比A星的成像仪提升1倍;提高后的辐射成像仪、干涉式红外探测仪等载荷的空间分辨率、探测灵敏度和探测精度,使B星可在36000千米距离精确感知到地球大气0.05摄氏度的温度变化,其探测结果与线摄氏度。

  2017年5月,我国北方出现了当年最强沙尘天气过程。“如何才能最快地利用气象卫星监测短时临近极端天气?”这对中国集团八院风云四号研制团队提出了新要求。

  按照传统,卫星论证、立项、研制至少需要十余年时间,显然不是最优解,任务压到风云四号B星身上。

  2016年12月11日,风云四号A星发射入轨。作为科学试验卫星,A星原本的职责是用于验证静止气象卫星的最新在轨技术,由于在轨表现良好,于2018年5月由科研试验直接投入业务使用。A星投入业务使用,一方面为B星设计更改争取了宝贵时间,另一方面,也给B星的研制工作带来了巨大压力——作为我国静止气象观测主业务所急需的,B星需要尽快发射并应用。

  想要实现新目标就要增添“新武器”,“快速成像仪”是B星最新的“杀手锏”。但是增加新载荷,还是个一百多公斤的“胖家伙”,卫星总体方案必须重新设计,卫星构型布局、供配电、热控、结构、电缆网、数传、动力学等方面均要做出改变。

  “作为卫星总体,我们的首要目的是达到系统最优,而不是选择一个相对更改较少的方案,既然决定了要上快速成像仪,就要给出一份最好的总体方案,绝不能在A星的基础上将就着改。”航天八院风云四号总设计师董瑶海说。

  为了解决快速成像仪带来的急速增加的数据量实时下传的问题,B星还要增加新的数据传输通道。数据传输分系统主任设计师杨炳轲带领团队采用在卫星侧板展开的方案,展开轴由传统的三轴变为两轴,简单可靠,并根据静止轨道阳光照射的特点设计了特殊的遮光装置,防止活动部件的局部高温,让风云四号B星高速数据传输变为可能。

  风云四号B星大气垂直探测仪采用干涉式光路探测垂直方向的大气温度湿度廓线K(开尔文,温度单位),相当于在四万公里高空为地球测量体温,但温差不能超过1.5.A星的实际数据与定标数据仍存在微小的差异,为进一步提高地面定标准确性,研制团队对A星定标方案进行优化提升,充分校验定标数据,全面摸清载荷光学性能。

  作为载荷之一的探测仪谱段覆盖范围宽、探测精度高,对污染物及干扰信号极其敏感。试验前,试验队员对两个“致敏”因素——污染物和干扰信号进行逐一试验,各个攻破。进罐前,为避免污染物影响,大家采用穷举法,将罐内工装、设备、定标器、定标车等涉及的约10余种材料分析穷举,耗时40天通过4次试验对可能引起污染的因素逐一进行分析、检测、追溯、排除,确保所有器件本身洁净后再入罐试验,杜绝一切污染可能。

  关罐前,为保证信号质量,对探测仪再次进行全系统电测,发现了非常微弱的干扰信号。虽然分析认为不会影响试验,但是技术人员还是通过4个昼夜的连续奋战终使干扰信号彻底消除。

  记者从航天八院了解到,为进一步提高我国及周边热点区域气象资料获取的时效性、增强我国对中小尺度和灾害性天气系统的监测能力,风云四号B星在研制之初就瞄准“更高时空分辨率、更高探测灵敏度、更高定量化精度”的设计目标。

  此次B星最新装载的快速成像仪通过长线列探测器、离轴三反光学系统结合二维灵活扫描成像,成功实现区域高时间分辨率和高空间分辨率监测能力。结合先进的静止轨道辐射成像仪,B星在A星每5分钟对我国及周边区域成像1次的基础上,将实现百万平方公里区域1分钟级连续观测成像,可为台风、短时强降水、强对流等短时极端天气提供小于1分钟间隔的区域高分辨率昼夜连续监测数据,以及实现30秒一次台风暴雨等中尺度灾害天气的连续灵活观测。

  “东西布局、联合观测”,风云四号A星、B星双星在轨将能提供更高频次的全圆盘及中国区观测数据,可有效监测台风、强对流等极端天气的生成、发展和消亡过程,为数值天气预报、短临天气预报提供更高频次的观测数据。

  风云四号B星将提供比A星更高的探测灵敏度和探测精度,可在36000千米距离精确感知到地球大气0.05摄氏度的温度变化,其温度探测结果与线摄氏度以内,相比A星提高1倍。可为区域数值天气预报提供更高精度的初始场资料数据,提高对突发天气的预报精度。

  利用装载的先进的静止轨道辐射成像仪,B星可对陆地、海洋、云和大气等地球环境参数进行高精度、多光谱定量遥感,直接服务天气分析和预报、气候预测以及环境和灾害监测。

  多通道云图数据可以用来捕捉不同的天气变化,通过观察云的运动还能辅助捕捉风的信息。通过多通道观测,还可捕捉沙尘及其运动信息。陆地观测产品可提供火点信息,辅助森林草原火险监测和扑救工作。

  星上装载的静止轨道干涉式红外探测仪,可探测人眼难以捕捉的大气温湿度廓线信息,为大气做“三维CT”,晴空大气温湿度信息可提示未来几小时哪些区域将会发生强对流等极端天气。空间环境监测仪器包可开展空间环境综合探测,实时监测空间粒子、磁场等变化信息,为航天器活动、空间科学研究及空间天气预警预报提供数据支撑。

  风云四号B星将在国际上首次实现静止轨道气象卫星250米可见光分辨率观测,比A星提高1倍。同时,干涉式红外探测仪空间分辨率由16千米提高至12千米,晴空观测数据可利用率提高25%。空间分辨率提升的同时,星上图像导航配准定位精度进一步提高。

  此外,风云四号B星突破了大视场光学系统、亚角秒级高精度扫描控制、长线列焦平面探测器技术、长线列星上导航配准技术等关键技术,将进一步为台风观测、台风路径预报、强对流天气系统等分析和定位提供更加精细的观测资料。

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