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风云四号:我是最牛“地球摄影师”

2018-01-02 01:40:42   来源: 环球华网
记者周琳

它每天24小时、需要2555天从不休假地在空中“执勤”。和上一代相比,它观测的时间分辨率提高了1倍,空间分辨率提高了6倍,大气温度和湿度观测能力提高了上千倍,整星观测数据量提高了160倍,观测产品数量提高了3倍。

无论地球云卷云舒,潮起潮落,它一直凝视,从未挪开过自己的眼睛,从未放下自己发酸的胳膊。

它是技术最高超、视角最广阔、成像最清晰、却也最孤单的地球“摄影师”。

它就是我国新一代静止轨道气象卫星的首发星“风云四号”。究竟这颗“史上最牛”的气象卫星是如何展现自己的最强男友力,为地球拍出高清“写真”的?它背后的设计师们,用三句歌词,向大家揭秘了它的内心世界,和航天人的星辰大海。

“眼里只有你没有他”

“1个像素”的最高精准指标

和其他卫星不同,气象卫星具有显著的特点,它好比是地球男友力最Max的“摄影师”。既要“体贴入微”,在太空中准确地判断地面的温度、湿度等,并给出精确的参数;又要“24小时在岗”,必须保证一年365天、每天24小时地运行,须臾不能“移情”。

而当中国宣布要在2016年前后发射新一代静止轨道气象卫星,并达到美欧同期卫星水平时,国际上曾有声音——这是不可能的事。其中一个不可能就是图像定位与配准技术难以攻克。

所谓图像定位与配准,就是专门解决静止轨道气象卫星图像存在偏移、错位和图像抖动问题的关键技术。目前这项技术国际上仅美国掌握,也是经过十几年研究,在多颗GOES系列卫星上持续改进,才逐步掌握的。

风云四号卫星总体团队从概念研究阶段就着手进行技术攻关,但一开始总是不得要领,从预研到立项,近10年的时间,团队先后调用了近10名博士持续研究。“有时,大家也感觉坚持不下去了。研制人员就来找我们诉苦,压力太大了,关键是看不到成果,看不到未来。”风云四号卫星总设计师董瑶海回忆道。

但牢骚过后,大家又默默的拾起自己的小情怀,接着钻进不见底的技术深渊。直至2009年,这支队伍才彻底把图像定位与配准的问题整明白,确定了星上实时补偿的工程实现方案,把精度指标定在了国际最高的“1个像素”。

2015年图像定位与配准试验验证时,补偿后卫星定位误差在几个到几十个微弧,载荷对地成像定位误差从百公里左右缩小到了公里级。这意味着,从太空中,它可以精准捕捉到地球上的地标,比如东方明珠、青海湖等。

“在我的身边感觉到安稳”

防抖的高清地球写真

除了要看得准,想要拍出高清的地球写真,还需要“手不抖”。简单说,卫星在太空中运转,没有任何依靠,它搭载的设备的运转、太阳帆板的转动等等,都会给卫星姿态带来影响。而为了精确观测地球,风四搭载的观测仪器又要求提供一个十分严格的稳定运行的环境,这样一对矛盾就需要设计师们去克服。

风云四号卫星因搭载高灵敏度的干涉式大气垂直探测仪,对外界振动环境提出了极为严苛的要求,就连试验现场有人走动都会致使图像质量大受影响。

从前,国内卫星并不提微振动技术,唯一上天验证过该技术的也只有美国。为此,团队陷入了两难境地。但毕竟是平地起高楼,要实现从无到有的突破,首先得明确微振动技术研究的内容和技术难点。大家遍查国内外与振动相关的资料,阅读了上千份相关文献。遗憾的是在浩瀚的文献中,可用的材料基本没有,唯有一些语焉不详的片段。

靠着这些线索,团队理清了微振动问题的主要内容和技术难点,逐渐形成给载荷坐上超级“软沙发”的微振动隔振系统设计方案。理论设计都很好,但无数次试验隔振性能始终达不到要求。直到一次试验中,电话铃偶然响起,传感器幅值迅速升高,大家才意识到,试验结果被周围的环境噪声淹没了,一定要在完全安静的情况下才能完成。

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(责任编辑:[晗晗])


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