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中國氣象衛星誤差小於70公裏,早已趕超歐美!為啥還要研發新的?

2024-02-05科學

新衛星啟動研制

中國要開始 研制新的風雲衛星 了。

作為中國氣象衛星的 「扛把子」選手 ,風雲系列氣象衛星,相信很多人都有所了解。

截止到目前,風雲衛星的發展已經走過了 近40年的發展歷程 。而新的衛星的研制,將是這一系列衛星再添新成員。

根據公開的訊息顯示,新的衛星屬於風雲四號03批。 該系列衛星,將包括D、E、F三顆衛星 ,未來主要套用在人工影響天氣、短時臨近天氣預報以及數值天氣預報等領域。

相比於上一批的衛星,新衛星的 觀測精度和定量化套用 ,都將得到增強。

目前來看,風雲四號系列衛星,再發射至少兩顆,就能形成新的預報網路體系。在未來氣象業務的拓展預報領域,將能更滿足需求。

風雲四號系列衛星,屬於第二代靜止軌域氣象衛星,最早的A星已經達到了設計使用壽命,其余的衛星有的在軌執行,有的正在按照預定計劃準備發射。

不知不覺間,中國的靜止軌域氣象衛星,從研發到套用,已走過了20多年的時間。如果將極軌氣象衛星也算入的話,中國風雲氣象衛星的發展, 已經歷30多年 的風風雨雨了

下面我們就來看看,氣象衛星的發展經歷了哪些階段。

極軌氣象衛星的發展

世界上第一顆氣象衛星,是美國在1960年發射的泰羅斯-1號。 這標誌著人類在氣象分析預報、數值天氣預報等領域邁出了第一步。

中國氣象衛星的發展,則是從1988年開始的。當年9月, 中國第一顆氣象衛星發射升空,它有一個響當當的名字——風雲。 也就是從那時候開始,風雲衛星這個名字,伴隨著天氣預報逐步走進了千家萬戶。

第一顆衛星風雲一號,其成像能力的技術是全面的但未能具體展開套用。因為 水汽對衛星探測器件的汙染,最終使得衛星不能獲取紅外影像。

1990年9月,中國又發射了 風雲一號B衛星,順利解決了紅外影像的問題。 這兩顆衛星屬於中國在極軌氣象衛星領域的探索階段,所以兩顆星都沒有達到設計要求,在三軸穩定姿控等方面,都還存在問題。

隨後在1999年5月, 風雲一號C衛星 發射升空,經過改進後的C星設計和 使用壽命都得到了延長 ,衛星上的探測通道,相比於之前的衛星,也從5個增加到了10個。

接著在2002年5月,風雲一號D衛星發射, 它的設計使用壽命超過了6年

隨著技術的成熟並伴隨著套用的展開,新發射的兩顆衛星,在第一代氣象衛星開發中,就成為了監測和預報的生力軍。

中國第二代極軌氣象衛星的發展,是從2008年發射升空的風雲三號A星開始的。相對於此前的第一代衛星, 二代衛星的技術得以大大提升

衛星具有探索大氣的 三維要素和參數能力 ,全球資料的獲取也進一步提高。全球、全天候、三維、定量、多光譜的大氣、地表以及海表特性參數,衛星都能一一獲取。

到2010年12月,風雲三號B星發射升空,它和A星組網執行,構成了上午星和下午星,可以並網一起觀測。

兩顆衛星一共攜帶有11套儀器裝置,其中的遙感儀器,能夠在可見光、紅外、紫外、微波等 多個譜段展開工作

在這個基礎上,中國又研發出了風雲三號02批衛星,它們一共有5顆衛星構成,設計壽命為5年, 可以持續發展10年左右

以上,便是中國極軌氣象衛星的發展歷程。

靜止軌域氣象衛星的發展

有人透過氣象衛星的編號已經看出來了,似乎沒有風雲二號衛星。其實並非沒有,而是 二號這個序列 ,被分配給了 靜止軌域氣象衛星

風雲二號,是中國第一顆靜止軌域氣象衛星,它於1986年列入國家計劃,到1997年6月正式發射升空。第一顆衛星由於消旋天線的故障,所以沒有達到設計壽命。此後在2000年發射的風雲二號B星,也沒有達到設計壽命。

以上兩顆衛星可看作是靜止軌域氣象衛星中的試驗星。在此後的2004年到2012年期間,中國又先後發射了 4顆業務套用衛星。

相比於前兩顆衛星,後面發射的一系列衛星, 可見光

和紅外自旋掃描放射線儀探測通道由3個增加到了5個, 數據的量化等級增加了。

而此後的風雲四號系列衛星,是從2015年左右開始發射的。由於各項參數進一步提升,衛星對暴雨、強對流天氣的 監測能力進一步提升了

如今,風雲四號03批衛星又提上了研發歷程,未來該系列衛星在技術和套用上還將繼續升級。

綜合來看,從上世紀80年代第一顆風雲衛星成功發射,中國30多年的時間裏,一共發射了極軌和靜止軌域兩大類氣象衛星, 型號一共有四種,衛星的總數為20顆。截止到2023年4月,還有8顆衛星正在使用中。

風雲一號和三號 系列,即極軌氣象衛星,都屬於 低軌衛星 二號和四號 系列衛星屬於 靜止軌域衛星 ,相對於地面能夠始終靜止。

發展歷程可謂波瀾壯闊,但是中間的波折,也只有技術人員能真正知道。

從39天到6年

2001年的時候, 美國人 好像刻意來看我們笑話來了,他們提出可以 賣給我們一顆氣象衛星 ,價格絕對優惠。

美國人之所以如此,是因為我們的衛星,此前一度達不到設計使用要求。比如第一顆風雲一號A星, 它實際執行的時間只有39天 。後來的幾顆極軌氣象衛星, 實際的執行時間和設計壽命都脫節了。

甚至於在上世紀90年代的研發中,還出現過幾次失敗的情況。所以在這種情況下, 美國人似乎認定中國的氣象衛星發展不起來。

整個90年代,國內氣象衛星的發展經歷諸多波折的,在科研人員看來,由於此前一窮二白的背景,在衛星研發中對於環境、衛星的長壽命以及高效能認知都還不充分。

直到1999年以後,中國的氣象衛星才真正進入了長壽命業務化的發展階段 。與此同時,中國也始終堅信,衛星的研制必須得自力更生。

而要想實作衛星的自主與可控,則需要持續投入長期堅持,只有不斷經過磨練和探索,最終才能掌握核心的技術。

時至今日, 風雲四號G星的設計壽命已經為6年 ,目標在軌不間斷工作的時長為 5.3萬個小時。

更準確的氣象預報未來更需要

數千年來,人類都試圖掌握對天氣的跟蹤和了解,一直到了 20世紀 ,相對精準的預報,才透過氣象衛星得以實作。

以台風為例,由於中國東南毗鄰太平洋,沿海地區每年都會遭受台風的侵擾。沒有氣象衛星預報之前,台風什麽時候來人們都不知道,對人員和財產安全構成了嚴重威脅。

而隨著風雲氣象衛星的升空, 台風的監測已經形成了一個完整的體系, 對每年台風的預報監測,也成為氣象衛星的主要工作。

目前,在軌衛星已經能做到高低軌域協同,立體化的監測體系,可以讓台風24小時以內的預報路徑 小於70公裏 ,這一預報水平已經和歐美的預報處在同一級別。

此前,根據保險行業對2022年的年度總結顯示, 這一年洪水、颶風等氣象災害給全世界造成了2750億美元 的經濟損失 。這充分說明在全世界的範圍內,氣象預報的精準和時效性,對於公眾的整體服務還需要繼續增強。

時至今日,風雲衛星的的所有觀測數據面向全球開發,而且可以即時共享。 全世界126個國家和地區,都在使用由風雲衛星提供的100多種數據產品和服務。

氣象衛星的套用前景

隨著技術的不斷升級,現在氣象預測,已不僅僅是傳統的天氣預報和氣象預測業務。大氣成分的監測,人工影響天氣, 農業和生態氣象,也都成為氣象衛星重要的業務。

比如早年在大興安嶺地區發生的一場火災,地面火情的變化,周圍的天氣情況,都由氣象衛星在空中給出切實的指導。 中國是農林業大國,未來的發展,都需要氣象衛星深度參與。

2023年8月,中國又發射了風雲三號F星,它將接替此前在軌執行10年的C星,確保氣象監測的各項業務不斷檔。

F星在風雲三號的系列衛星中,技術已經相當的成熟。 衛星不光能進行常規的天氣預報,對於空氣品質的監測也能有效展開 。比如它上面搭載的紫外探測儀,能夠對二氧化氮、二氧化硫、臭氧、氣溶膠等展開成像探測。

它的業務型別,也涵蓋了影像類、雲放射線類、海陸表類、大氣參數類、大氣成分類以及空間天氣類。一共有6種大類48種套用產品。

此外在執行時間段上,目前近地軌域的氣象衛星,可以在早晨、傍晚、上午、下午四個時段展開業務。 低軌域氣象衛星完備的全球觀測網優勢, 只有中國具備。

結語

最新的數據是,在軌的風雲系列衛星有 9顆 ,其提供的業務和支持也已經涵蓋了 129個國家和地區。

30多年的發展,中國的氣象衛星從無到有。如果算上氣象衛星的規劃研發,那中國的氣象衛星技術業務,已經走過了近半個世紀的發展歷程。

50多年的時間,中國的氣象衛星技術在不斷演進和升級,業務涵蓋的範圍也越來越廣, 衛星在軌的壽命也越來越長。

如今,新的風雲系列衛星又將展開研制。未來在氣象預報領域, 中國的技術將會更上一個台階。

參考資料:

【氣象衛星發展歷程和啟示】 中國氣象局 2014年