风云三号G星的“独门绝技”

• 2023-04-16 21:56:11 来源：科技日报

科技日报记者 付毅飞

(资料图片)

4月16日9时36分，长征四号乙遥五十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空，成功将我国首颗降水测量专用卫星——风云三号G星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。

风云三号G星是我国第二代低轨气象卫星风云三号系列的第7颗卫星。记者从中国航天科技集团八院了解到，该卫星在国际上首次采用双频主动降水测量雷达与被动微波、光学遥感相结合的综合探测，将实现降水测量从“被动看”到“主动探”的跨越，填补国内降水三维立体层析探测数据空白，整体功能性能达到国际先进水平。

这颗卫星到底都有哪些“独门绝技”？

让“毛毛雨”无处遁形

降水是全球水循环中的重要过程，降水量多少和降水在时间与空间分布的变化会极大地影响人们生活。我国处于北太平洋西部台风活动带上，近年来，台风暴雨内涝成为我国部分城市面临的重要灾害之一，人民生活受到很大影响。

获取降水资料，传统上主要通过雨量计、地基雷达等手段，但由于地面设备配置数量有限且分布不均，难以获取大范围高空间分辨率的地面降水信息。风云三号G星搭载了我国首套“空中雨量计”——星载Ku、Ka双频降水测量雷达，将雷达观测分辨率高和卫星观测范围广的优势结合起来，可通过向大气发射无线电磁波信号，接收大气中不同高度层的降水粒子反射信号，获取垂直方向不同高度层的降水结构信息，实现垂直方向降水的探测。

同时，该卫星还能利用雷达跨轨方向的扫描能力，实现对水平方向的降水探测，从而具备自上而下获取三维结构信息的能力，如同对大气降水进行“CT”扫描。

此外，两个频段雷达同步工作，可利用不同高度层降水粒子对雷达辐射微波信号反射率不同的特性，区分雨和雪，并对降水进行精确估计。Ku频段有利于探测强降水，Ka频段有利于探测弱降水，两者结合形成的双频探测,可以扩大降水探测能力，提高降水反演精度，精准感知407公里高度内地球大气0.2毫米/小时如毛毛雨般的降水强度变化。相比国外同类仪器，其在相同灵敏度下的距离分辨率提高了1倍。

对台风暴雨“精确把脉”

除了主动降水测量雷达，风云三号G星还搭载了一台全新升级换代的设备——微波成像仪。

作为国内首次配置的降水型多通道、高灵敏、高精度的辐射计，微波成像仪将在国内首次实现9频点26通道一体化探测。它可以接收地球大气10至183GHz微波辐射能量，像一只高灵敏、高精度的千里眼，获取台风内部温湿结构、台风强度、台风影响区雨强等关键信息，预测台风未来发展情况，对台风暴雨“精确把脉”。

此外，卫星搭载的光学遥感载荷——中分辨率光谱成像仪将实现可见光/红外云图、云顶温度、云顶高度、有效粒子半径和云形态学方面的要素探测，进而辅助判断降水云的存在，完善微波测量的反演结果。

主动降水测量雷达与被动微波、光学遥感相辅相成，将实现降水要素的多体制联合协同探测。这样的强强联合，将使风云三号G星成为降水测量界的“顶配”。

灵动跳出“太空芭蕾”

风云三号G星运行在低轨低倾角的非太阳同步轨道，太阳会定期出现在轨道面的左右两侧，光照条件的不断变化使得卫星外部热环境变化复杂。要保证外部热环境和单机工作环境稳定，卫星需要保持始终以同一侧面面向太阳。

为此，姿轨控系统设计了自主偏航姿态机动模式，当太阳光从轨道面的一侧运动到另一侧时，卫星将自动完成180度转身，灵动地跳出“太空芭蕾”。

另外，风云三号G星的运行轨道距离地面约407公里，大气密度较高，在太阳活动高年，卫星1天的轨道高度衰减可达600多米。而根据任务要求，卫星轨道高度要控制在100米的偏差以内。研制团队凝聚集体智慧，实现了卫星轨道高度维持、偏心率与轨道相位协同自主控制，使得卫星能一直以固定高度经过同纬度地区上空，保障其业务应用效能。

在后续的业务运行中，风云三号G星将发挥“独门绝技”，与在轨运行的风云三号C星、D星和E星进行组网观测，形成完整的低轨气象卫星业务综合观测能力，使我国成为全球唯一同时运行“上午、下午、晨昏、倾斜”4条近地轨道气象卫星的国家。届时我国全球数值天气预报精度将提高3%左右，预报时效将延长24小时左右，气象灾害监测时效可提高近一倍。

（中国航天科技集团八院供图）

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