2017年9月的一天
微信啟動畫面突然「變臉」
那張標誌性的地球照片
從美國航天員拍攝的圖片
換成了
中國新一代靜止軌域氣象衛星
「風雲四號」的成像圖
地球從未如此清晰
「風雲四號」
堪稱科技領域的傑作
它搭載了多項世界級的先進載荷
其中
全球首台幹涉式大氣垂直探測儀
如同一顆璀璨的「明珠」
它在紅外波段擁有1600多條探測通道
猶如一台「超級CT」
把大氣切成上千層
測出每一層的溫度、濕度等數值
讓精細預測災害性天氣 成為可能
這一載荷的研制團隊
來自中國科學院上海技術物理研究所
（簡稱上海技物所）
這支擅長空間紅外遙感的「國家隊」
歷時十五載
完成了一場 後來者居上的技術賽跑
大氣
是一個復雜而多維的存在
它的真實結構和變化
需要三維觀測才能全面揭示
可就在2016年
中國成功發射「風雲四號」之前
全球範圍內
氣象衛星搭載的光學遙感儀器
所捕獲的大氣成像圖
普遍都是二維視角
▲ 「風雲四號」幹涉式大氣垂直探測儀典型溫度通道加密觀測。
早在20世紀80年代末
美國就開始布局研制
探測大氣三維結構的
高光譜紅外幹涉儀
並成功進行了樣機試驗
美國地球靜止軌域氣象衛星 （GOES）
曾雄心勃勃地規劃
要在21世紀前10年 將 其送入太空
然而
歷史發展的軌跡總是出人意料
1995年
一場氣象衛星研討會上
中國科學院院士、上海技物所研究員匡定波等人
敏銳地提出
要將幹涉式大氣垂直探測儀
作為「風雲四號」的主載荷之一
這一極具遠見的建議
為中國氣象衛星
遙感技術的跨代發展
指明了方向
2001年10月
上海技物所會議室裏
正在進行一場重要的面試
來自香港科技大學的華建文
吸引了在場所有人
就憑他 橫跨光機電熱四大專業的學術背景
匡定波當即表示
「我看華建文就適合做幹涉儀」
幹涉式大氣垂直探測儀的
關鍵技術攻關極其復雜
其中的幹涉儀
作為大氣垂直探測儀的精髓
自20世紀70年代後期被引入國內
始終未能取得國產化突破
華建文毫不猶豫
接下這塊難啃的「硬骨頭」
▲ 幹涉式大氣垂直探測儀核心——低溫紅外幹涉儀。
幹涉儀
是透過光學系統對光訊號進行幹涉
幹涉影像經過傅立葉變換形成光譜圖
再經過氣象學大氣遙感反演
得到大氣溫度、濕度的三維結構
它的主要功能模組非常復雜
而動鏡 是幹涉儀的「心臟」
在不斷摸索中
華建文攻克了兩大難關
第一大難關是
運動機構精度的極致要求
對於亞微米量級的精度控制
所有關鍵器件
都需要純手工打磨
在華建文眼裏
幹涉儀 無異於一件極致的工藝品
第二大難關是
精密儀器如何承受
衛星發射的振動沖擊實驗
為了滿足試驗要求
他為動鏡驅動機構
獨創了一套釘選裝置
▲ 紅外幹涉儀技術研發平台研制團隊（左二：華建文）。
2006年底
國內首台幹涉式大氣垂直探測儀
原理樣機研制成功
但作為幹涉儀的核心部件之一
也是西方對中國禁運的
一項「卡脖子」技術
分束器的自主研制
遲遲無法突破
分束器的關鍵技術難點
在於光學薄膜
鍍膜材料和基底吸收對均衡分光的影響
應力對分束器面型的影響
雙區域整合鍍膜工藝
……
當一系列難題拋向於天燕時
她還只是一名在讀博士生
當於天燕和團隊
一次又一次陷入困境
舉步維艱時
是研究所包容失敗的文化氛圍
給了他們穩定人心的力量
2008年
核心技術攻關
終於邁過了一道又一道坎
正當預研正式驗收時
這一載荷的上星計劃
波瀾乍起
美國由於技術和經費原因
擱置了該儀器的研發專案
歐洲也大幅調整了計劃
「風雲四號」
成為了國際上絕無僅有的
同步搭載
掃描成像儀和幹涉式大氣垂直探測儀的衛星
在工程立項論證中
支持這一載荷「暫緩上天」的聲音
不絕於耳
然而
匡定波和
中國工程院院士、國家衛星氣象中心主任許健民
卻堅持認為
「創新型儀器
必須萬無一失才能上天的想法不可取」
華建文也表示
「當別人放棄時，我們堅持
做成功了，就領先世界」
2010年
幹涉式大氣垂直探測儀
終於拿到工程階段的「通行證」
要把實驗室儀器
變成可以上天的儀器
中間的跨越是巨大的
它不僅面臨更多的資源約束
還要經受完全不同的力學沖擊和溫度考驗
2016年12月11日
「風雲四號」A星成功發射
自此
它守護在3.6萬公裏高空的 地球靜止軌域
當台風、沙塵暴、特大暴雨、暴雪等
災害性天氣登場時
都經受住了重重考驗
▲ 「風雲四號」B星幹涉式大氣垂直探測儀出廠時合影。本文圖片均為上海技物所提供。
在被問及
團隊如何在備受爭議的情形下 堅持科研
上海技物所所長
幹涉式大氣垂直探測儀主任設計師丁雷
坦然答道
科研人員心裏只有國家任務
是聽不見「雜訊」的
不管有沒有條件、有沒有支持
都要完成任務
這是我們義不容辭的責任
全文請見 8月16日【 中國科學報】將刊發的文章
打造大氣「超級CT」
來源：中國科學報
責任編輯：劉映含
