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    全身國産風雲四號:焦點儀器輻射計連日本都要出口

    種別:社會消息宣布人:依致美宣布時光:2017-04-25

    我國氣候衛星在國際上究竟處于甚麽樣的程度?經由15年的艱苦研制,風雲四號可以或許在3千米遠的地球運動軌道上,對地球每15min“照一次相”,風四輻射計的主光學體系可以或許順應30度以上的溫差,掃描鏡活動掌握精度優于1角秒,與美國GOSE-16裝載的ABI,歐洲MTG裝載的FCI鼎足之勢。

    ---佳賓引見---

    沈霞

    風雲四號氣候衛星掃描成像輻射計副主任設計師

    中科院台灣技術物理研討所副研討員

    以下內容由沈霞演講精編而成:

    真實的地球風雲

    看到風雲兩個字,你會想到甚麽?有人會想到“如火如荼”這個詞語,也有人會想到“風雲人物”,固然也有人腦海中顯現的是《風雲雄霸世界》的場景。

    下圖所示是真實的地球風雲,這是客歲12月11日發射的風雲四號氣候衛星下面的掃描成像輻射計拍攝的地球24小時的雲圖,赤道鄰近有一塊亮斑在挪動,那是太陽在陸地下面的倒影。

    如許一張在我們眼裏看來異常通俗的圖片,在迷信家眼裏將會是一組宏大的數據,想要看懂那張圖,就要先從光說起。

    那些我們看不見的光

    大天然對人類並沒有特殊的優待,我們肉眼可見的光只在光譜中占了很小的一部門,還有許多光是我們看不見的。但關於那些我們看不見的光,可以用儀器把它們拍出來。

    人人比擬懂得的好比說X光還有紅外線,沈霞爲人人分享了一個有關紅外線的小試驗。

    這是一個通俗的文件袋,把手放到下面按一小會兒以後用手機和紅外熱像儀分離拍了兩張照片,後者的照片中湧現了手的外形,這是由於甚麽呢?

    其實紅外線是對溫度敏感的波段,手按在下面的時刻就對這個文件袋的部分停止了加熱,讓手印的處所溫度比四周高,所以熱象儀就把它拍出來了。那末既然紅外線對溫度敏感,能不克不及用熱像儀和紅外線的這個道理對物體的溫度停止丈量呢?謎底是確定的。

    上面這些圖從第二張開端是風雲四號輻射計拍攝的一些分歧波段的圖,每張圖代表一種單色光,但現實上個中的可見光只要後面的兩張,前面就是近紅外還有紅外的圖片,每張圖片下面的一個像素點都可以推導出一個詳細的溫度,跟現實溫度比,誤差小于一度。

    這些單色圖還可以用來做分解,最開端那張地球風雲圖就是由後面三個波段的圖片分解的。假如拿第一張第二張和第四張分解會看到一張冰雲圖,藍色的部門是冰雲,溫度低于零度的,而白色的就是通俗的常溫雲,把兩者辨別開來對氣象預告有很大的感化。

    上面這張分解圖是對孟加拉灣北部的一個霧霾監測圖,在這張圖中灰色的是霧霾,白色的是雲還有雪。

    鼎足之勢的美歐中氣候衛星

    那末風雲四號氣候衛星在國際上究竟處在一個甚麽樣的程度呢?要評價風雲四號的程度,重要照樣要看裝在衛星平台上的儀器的機能。

    美國的GOES-16,它下面裝載的重要儀器叫ABI,歐洲的MTG下面裝載的是FCI,而我們風雲四號下面的是輻射計,輻射計我們可以簡略懂得爲給地球攝影的儀器。

    這三個系列美歐中可以說是鼎足之勢,假如單從輻射計的角度來看,它的機能目標比美國的ABI和歐洲的FCI要略差了那末一點,然則風四下面還裝載了別的一台分量級的儀器,就是大氣垂直探測儀,是世界上第一個在地球運動軌道首發的大氣垂直探測儀器。

    再看發射時光,美國的GOES-16在客歲的11月19日首發,客歲的12月11日我國風雲四號首發,而歐洲的MTG籌劃要到2019年才發,至于日本的向日葵9我們就不多評論辯論了,由於它下面的焦點儀器是美國人賣給它們的。

    風雲系列人人族

    風雲衛星是氣候衛星,氣候衛星對防災減災有異常主要的感化,它的投入産出比在國際上公認的是1:40,所以我國在1977年就開端發展我國的風雲衛星。

    我們來懂得一上風雲系列的安排軌道,小圈外面的軌道叫太陽同步軌道,高度在500到千米閣下。它的長處在于可以或許看清晰南極和北極,然則對統壹個所在的不雅測一天最多只要兩次。別的一個軌道就是地球運動軌道,它的軌道高度有3千米那末遠。應用它運動的特色在下面安排衛星,可以對地球統壹區域停止24小時的持續成像。

    作爲氣候運用,國度是要在這兩個軌道同時安排衛星的,它們是互相互補的,所以我國就在太陽同步軌道安排了風雲一號,它的第二代産品是風雲三號;在地球運動軌道安排了風雲二號,它的下一代産品就是今朝方才首發的風雲四號。

    多年血汗子虛烏有,顛覆一切東山再起

    風雲四號的研制花了15年的時光,進程異常艱苦。美國在1994年發射了GOES-8,其時做了五個通道,2001年我國開端停止風雲四號輻射計的預研,對準的目的是要做十個通道,在其時看來是蠻先輩的。

    2007年的時刻,沈霞地點的風四輻射計團隊勝利研制出了道理樣機,估計一兩年內産品就能夠勝利升天了,並且還能在國際上占到一個搶先的地位。但就在這個時刻,傳來了一個爆炸性的消息,美國曾經開端打造他們的GOES-R系列,並預備在下面裝載最新的儀器ABI,ABI比本來的GOES-8提高了太多,它可以拍16個通道的圖。

    這個時刻沈霞和她的同事們面對著艱苦的選擇,一個是把曾經研制勝利的十通道的産品發射上去,在短時光內堅持搶先,然則等美國的GOES-R上天今後就又會落伍一大截;別的一個選擇就是把如今曾經研制勝利的這台産品顛覆重來,從新去研制跟GOES-R異樣技術程度的産品。經由長久的遲疑以後,研制團隊和用戶殺青分歧,決議顛覆重來。

    技術難點逐個霸占,打造純粹“中華牌”

    能夠照樣會有人困惑,這只是做一台拍地球的拍照機罷了,為何要花這麽長的時光,沈霞在現場舉例引見了項目標難點。

    風雲四號的衛星平台采取了三軸穩固式,在地球運動軌道,三軸穩固式衛星絕對太陽的關系,跟地球上的物體類似,有春夏秋冬和晝夜溫差,落空了大氣層的掩護,衛星上的溫度變更非常激烈,輻射計下面的某個裸露在裏面的測溫點顯示一天內的最高溫在-130度,最低溫的時刻150度,如許的溫度變更天天要輪回一個往返。

    人人都曉得拍照機是很柔嫩的,而簡直壹切的資料都有熱脹冷縮的特征,在這麽大的一個溫度規模以內,假如不采取特別的技術,相機在熱脹冷縮以後早就離焦,是以沈霞和同事們要處理的第一個成績就是熱變形的成績。

    美國爲儀器打造了一個空調房,應用他們高明的溫控技術把這個儀器掌握在近乎恒溫的一個溫度狀態。然則我們國度其時的溫控技術還做不到這一點,由於受我國的基本迷信、基本技術還有基本工業的限制,有些硬件臨盆不出來。這個時刻只能另辟門路了,沈霞團隊想到了把主光學體系做到可以或許順應30度的溫差,如許子就下降了對溫控技術的請求。

    打造這個光學體系須要一種特別性質的資料,在一次學術申報會中,沈霞有意入耳到有一個大學的先生研制出一種新型的資料,特征正好知足他們的需求。固然要戰勝的成績還許多,然則兩邊都沒有廢棄,停止了各類工藝改革,經由了七八年時光的盡力,最初終究做出了一體化成型的産品。

    攝影片外一個癥結的就是要穩,在3千米遠的處所攝影,相機偏了一個角分,地球上就偏了十千米。這個時刻就須要研發一套高精度的掃描掌握技術,這套技術外面的焦點元件是高精度角度傳感器。

    到達研制需求的超高相對丈量精度的角度傳感器其時國際也是沒有的,沈霞和同事展轉調研到臺南有位老師長教師有能夠控制這類技術,找曩昔的時刻這位老師長教師曾經年近70歲了,聽到這個協作他悵然準許,兩邊合作,一方供給試驗設備,一方供給研制技術,在這個過程當中壹路處理了傳感器的真空順應性等一系列成績。到明天,這位老師長教師研制的角度傳感器曾經在四台載荷下面同時運用了。現實上,風四輻射計真實的焦點技術都是控制在我們本身手裏,風雲四號打的是純粹的“中華牌”。

    
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