中国"风云四号"另一种太空隐形杀手是磁场。来自太阳的磁场地球磁场相互作用,会导致后者发生扰动,地磁扰动可能会影响长距离输电线路,这种影响可能造成灾难性的后果。

风云四号发射,我们的天气预报会变得更准吗?

2016年12月13日 09:49 新浪科技

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风云系列卫星是我国自主研发的气象卫星,其中单数的风云一号和三号系列卫星运行在距地面高度约500公里至1000公里的极轨上,可以扫描全球的天气态势;双数的风云二号和四号是静止轨道气象卫星,它们“悬停”在距地面35786公里的太空,密切监视特定区域的天气变化。

风云四号01星是我国第二代静止轨道气象卫星系列的首颗卫星,它的成功发射标志着我国静止轨道气象卫星升级换代正式拉开序幕。

风云四号01星上搭载多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器包等四种先进仪器设备,成功突破了高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等20余项核心关键技术,整体性能达到国际先进水平。

中国气象局副局长、风云四号卫星工程总指挥于新文说:“风云四号01星解决了多个仪器同时工作所产生的相互干扰问题,成功将四大类载荷安装在同一个卫星平台上。相较于其他国际先进水平静止气象卫星将成像仪器和探测仪器分置于两颗卫星的普遍做法,大大节省了研制成本,更重要的是,在世界上首次实现对大气的多手段综合观测。”

风云四号01星上的四大载荷个个身手不凡。

其中多通道辐射计的探测波段增加到了14个,可见光通道最大空间分辨率由1.25公里提高到500米,每15分钟即可对东半球扫描一次,时间分辨率比原来提高一倍;还新增了区域扫描功能,可以用一分钟一张的时间分辨率对1000公里尺度的区域进行密集观测。

干涉式大气垂直探测仪在世界上首次实现静止轨道大气高精度温度、湿度参数的垂直结构观测,可以像医院用的CT一样对地球大气进行深入地、切片式地探测,将得到的大气参数输入到大型计算机中进行数值计算,可以为我国及附近区域提供更及时、准确的气象预报服务。

闪电成像仪首次实现我国静止轨道闪电成像观测。都说闪电是迅雷不及掩耳盗铃儿响叮当之势,闪电成像仪可以捕捉到闪电的踪迹,它每秒能拍摄500张照片,可将我国及周边区域的闪电情况尽收眼底,有效提高雷电和暴雨等灾害的预警能力。

地面上看到的闪电(图片来源: http://easyread.ph.126.net/K7c2_CbA-AHQ0jADQgRMrA==/7916777289593367468.jpg)  地面上看到的闪电(图片来源: http://easyread.ph.126.net/K7c2_CbA-AHQ0jADQgRMrA==/7916777289593367468.jpg)

有了这三大对地观测仪器,风云四号01星在三万六千公里的高空静静地监视着地球大气的风云变幻。全球尺度的天气态势、千公里量级的区域密集监测、大气垂直切片式探测、闪电动态监测等等,风云四号综合了这些多波段、多尺度、三维立体的监测手段,使得我们不论是对大范围的气候演化,还是小尺度的龙卷风、冰雹等强对流天气都能做出更及时、准确的分析和预报。

风云四号搭载的第四台仪器——空间环境监测仪器包,则将目光望向了茫茫太空。该仪器包将卫星变成一台飞行在太空的测量仪,可以监测卫星所处位置的多种物理参数。虽然没有地球大气那么浓密,但太空其实一点也不空,会有各种来自太阳和其它天体的高能粒子、磁场在飞速穿行,这些不速之客不仅会对人造卫星、宇航员产生威胁,还可能对地球电离层和磁场造成影响。

太空中的高能粒子虽然没有小行星、陨石、太空碎片那么大的个头,但能量却一点也不小,堪称隐形的太空杀手

1990年11月我国风云一号B气象卫星在投入运行仅两个月的时候就遭遇高能粒子突袭,造成控制计算机操作异常,导致卫星在太空翻转。1997年1月的一次太阳风暴产生的高能粒子造成美国AT&T公司的一颗通讯卫星Telstar401失效,使得福克斯、哥伦比亚广播公司、美国广播公司等的电视信号传输受到影响。这颗造价两亿美元、设计使用寿命为12年的卫星,在仅仅用了三年之后就成为了漂浮在太空的垃圾,给AT&T公司造成的损失高达7.12亿美元。

虽然人类的眼睛无法对高能粒子直接成像,但是我们的身体可以感受到它们的巨大能量。1989年10月美国亚特兰蒂斯号航天飞机的宇航员在进行作业时遭遇高能粒子,它们直接穿过了宇航员的视神经,于是宇航员报告说,感觉到极其明亮刺眼的闪光,这种炫目的闪烁甚至在退进舱室之后仍然持续,直到高能粒子陆续通过后才逐渐消失。

高能粒子如果进入细胞中,会使得组成细胞的分子电离,破坏细胞的正常机能;如果它们冲进了细胞核,损坏了其中的DNA,会导致细胞死亡、产生肿瘤或者变异,造成令人谈虎色变的辐射病。

另一种太空隐形杀手是磁场。来自太阳的磁场地球磁场相互作用,会导致后者发生扰动,地磁扰动可能会影响长距离输电线路,这种影响可能造成灾难性的后果

1989年的一次太阳风暴导致的强地磁扰动造成加拿大魁北克电网在90秒内彻底瘫痪,魁北克全省停电,600万人陷入黑暗中长达九个小时;美国新泽西州塞伦核电站的变压器也在这起事件中损坏,北美其它供电系统也受到不同程度的影响。美国科学院在2008年的一份报告中估计,如果强烈的太阳风暴造成全美范围的大停电,经济损失可达万亿美元,甚至可能导致美国经济严重衰退。

风云四号搭载的空间环境监测仪器包可以让这些隐形太空杀手无所遁形。该仪器包包括高能粒子探测器、三轴磁通门磁强计、卫星辐照计量仪与充电电位测量仪等仪器。高能粒子探测器可以探测来自四面八方的高能粒子,记录它们的能量和流量

风云四号上首次搭载了磁强计,可以测量其附近空间的磁场大小和方向有助于建立更精确的全球磁场模型和评估地磁场扰动的大小。卫星辐照计量仪与充电电位测量仪则好像是卫星的血压计和血糖仪,可以实时监测卫星的表面充电、深层充电、辐射剂量等健康指标。

风云四号卫星已被世界气象组织纳入全球对地观测气象卫星序列。它还可以和定位于西半球的美国地球静止轨道环境业务卫星(GOES)的观测数据形成互补,在三万六千公里高度的地球同步轨道上一起监测全球空间环境变化。除了天气预报,风云卫星还广泛应用于气象、海洋、农业、林业、水利、交通、航空、航天、环保等领域,仅国内用户就超过2500家,接收和应用风云卫星资料的国家和地区有70多个。

今后,风云四号系列的后续卫星会陆续发射并投入业务运行,卫星上搭载的仪器性能也会进一步提高。

随着人类探索的脚步向前迈进,我们将会见识到更多更壮丽的太空风云,随着空间天气研究的不断深入,我们也将会认识到,茫茫太空也像地球大气一样气象万千。

标签: 卫星风云四号天气预报

一个顶俩可抓闪电 沪研“风云四号”气象卫星今凌晨成功发射

 

2016年12月11日 08:51:02 来源: 新民晚报

伴随着长征三号乙运载火箭的腾空而起,我国新一代静止气象卫星首发星“风云四号”在西昌卫星发射中心成功升空。新华社图片 陈建力摄

  【新民晚报·新民网】太空中的“风云”气象卫星再添“家族成员”。2016年12月11日零时11分,伴随着长征三号乙运载火箭的腾空而起,我国新一代静止气象卫星首发星“风云四号”在西昌卫星发射中心成功升空,奔向36000公里远处的太空“新家”。说起“风云四号”,它的头衔可了不得,世界上首个“一个顶俩”、可抓闪电的高轨气象卫星说的就是它!

提供34种气象数据

整体性能达到世界一流水平

“‘风云四号’卫星发射后,还将经过5次变轨,于12月19日左右抵达定点于赤道上方36000公里的地球同步轨道上。届时,首张可见光云图就可以传回。再过一个月,红外云图也可获取。”中国航天科技集团上海航天技术研究院、风云四号卫星总指挥陈文强介绍,“风云四号”卫星正式投入业务运行后,将提供包括云、辐射、温湿度、大气、导风、闪电等34种数据产品,可为我国及周边地区的短时气象预报、台风监测、环境及污染监测、自然灾害监测、森林防火、粮食亩产等提供服务,产品的种类、数量以及定量化指标均较之前的卫星产品有显著提升。

作为世界气象组织的主要成员,“风云四号”卫星的云图产品等数据资料,也可以通过星上设备转发给周边国家和地区,提供气象预报服务。

“‘风云四号’由中国航天科技集团上海航天技术研究院抓总研制,在技术上实现从跟跑并跑向并跑领跑的重大跨越。”上海航天技术研究院科研三部部长路同山介绍,“风云四号”整体性能达到欧美最新一代静止气象卫星的水平,与今年11月19日发射的美国GOES-R卫星和欧洲正在研制的MTG卫星相比毫不逊色,部分技术甚至领先美、欧。

图说:发射前,科研人员对“风云四号”卫星进行检测。图片由中国航天科技集团上海航天技术研究院提供

搭载四样强大“宝贝”

一秒钟可拍摄500张闪电图

作为我国第二代静止气象卫星,“风云四号”采用了全新的载荷配置,搭载了四个强大的科技装备——

多通道扫描成像辐射计。成像通道从“风云二号”的5个增加到了14个,覆盖3个可见光和11个短波红外、中波红外和长波红外等波段,与美国刚刚发射的GOSE-R的16通道相当。同时,星上辐射定标精度达到1K、灵敏度0.1K,也就是说,卫星在测量地面温度时误差小于1℃,只要发生0.1℃的变化都能感知出来。时间分辨率地球全圆盘为15分钟,区域观测能力3~5分钟,比现有的卫星提高了3倍,大幅提升了对台风、雷暴、强对流天气等重大和突发性灾害气候的观测能力。

最新研制的红外干涉式大气垂直探测仪。获取大气的温度、湿度的垂直结构观测数据。探测仪的探测通道达1700个,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测。有了这个“宝贝”,“风云四号”和其他在轨运行的家族成员相比,不仅实现了从黑白电视机向彩色电视机的跨越,还从以往只能对大气环境作X光进化为作CT扫描,进行切片观察,大大提高了气象观测的能力。

我国自主研制的闪电成像仪。一秒钟可以拍摄500张闪电图,探测区域范围内的闪电频次和强度,实现对强对流天气的监测与跟踪,提供闪电灾害预警,这也是国内首次应用。

空间环境监测仪器包。包括高能粒子探测器、三轴磁通门磁强计、卫星辐照计量仪与充电电位测量仪,可开展磁场探测、粒子的方向探测、充电电位和辐照剂量监测等多种空间环境试验

图说:“风云四号”上的载荷配置示意图。图片由中国航天科技集团上海航天技术研究院提供

  创下多个“首次”

世界上首个“一个顶俩”的高轨气象卫星

说起“风云四号”卫星,它可威风了,创下了不少的“国内首次”、“国际领先”——

我国首颗高轨三轴稳定定量遥感卫星。与“风云二号”类似陀螺旋转的自旋稳定方式不同,“风云四号”采用了三轴稳定方式,可以轻松实现在高空对地球的24小时凝视,对地观测时间利用率接近80%,将为稳定的气象业务观测提供有效支撑,总体水平达到国际先进。

图说:在试验场等候发射任务的“风云四号”卫星。图片由中国航天科技集团上海航天技术研究院提供

国际上首次在单星上同时搭载了多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪的高轨气象卫星。由于技术、经费等方面的因素,美、欧把成像辐射计和干涉式垂直大气探测仪,分别装在两颗卫星上实现成像观测和垂直探测,以避免两台大型光学仪器运动部件带来的动力学干扰等技术问题,影响图像观测目标的定位以及图像中每个像素的配准。

“风云四号”则解决了在多种动力学干扰环境下卫星的高姿态稳定和高指向精度、图像的定位和配准、卫星平台微振动测量和抑制等核心关键技术,成功在同一卫星平台上装载了这两种载荷。这就意味着,“风云四号”实际上是用一颗卫星干了其他国家两颗卫星的活儿,效率高不说,更是大大节约了研制成本。

T型太阳翼首次亮相太空。传统卫星的太阳翼都是双翼构型,分布在卫星的两侧,就像两只展开的翅膀。由于“风云四号”安装布局限制,只能在一侧布置太阳电池翼。为此,设计师们首次给卫星的太阳电池翼设计了“T”构型,大大缩短了太阳翼质心和卫星的距离,一旦太阳翼发生晃动或者抖动,对卫星的干扰也是非常小的。

图说:“风云四号”卫星整装待发。图片由中国航天科技集团上海航天技术研究院提供

  逐步接替“风云二号”业务

后续业务星研制进行中

气象卫星与其他卫星不同,要求提供连续稳定的业务运行数据,也就是一天24小时、全年无休地当班,每天都要报出晴雨、温度、风力等数据,这就要求卫星具有极高的可靠性与时效性。目前,我们所看到中央电视台天气预报的卫星云图,基本上来自在轨运行的“风云二号”E、F、G三颗星。而刚刚发射的“风云四号”设计寿命7年,正式投入业务运行后将逐步接替“风云二号”,提供更加及时和高精度的观测数据,进一步提高天气预报的准确率。

如果哪天卫星不能提供云图,造成的影响是不可估量的。因此,气象卫星上天前,科研人员在地面都会进行大量的试验,来确保万无一失。不过,由于太空复杂的环境,也总难免会出错。当年,“风云二号”卫星曾发生丢失云图,“风云三号”C星在轨发生故障,导致一段时间收不到云图,立马受到国内外广泛关注。对此,“风云四号”做好了全面详尽的预案。路同山告诉记者,如果在轨出现异常,可以通过地面操控进行处理。同时,“风云二号”多颗卫星仍在轨业务运行,“风云四号”的后续业务星研制也在进行之中。

图说:我国新一代静止气象卫星首发星“风云四号”在西昌卫星发射中心成功升空,奔向36000公里远处的太空“新家”。新华社图片 陈建力摄

我国是世界气象组织的重要成员,风云系列卫星也是全球对地观测业务卫星序列的重要成员,除了大家每天收到的天气预报,还要为世界其他国家提供气象数据,目前全球有90多个国家和地区使用风云卫星数据,风云卫星受到国内外广泛关注。

资料显示,“十二五”期间,我国24小时晴雨预报准确率较“十一五”提高了2个百分点,温度预报准确率提高了13个百分点,气象卫星透出产出效益比高达1:40。风云四号的发射成功和在轨应用,将进一步提升我国和世界气象卫星观测能力,为国民经济发挥更大的作用。

Turkey, Russia and Iran will hold a meeting in Moscow on December 27 to discuss a political solution to the over five-year conflict in Syria, Ankara said today. ‘We are striving to secure a ceasefire throughout the country and for negotiations for

Source: Turkey, Russia, Iran to meet on Syria conflict: minister

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