三十余载精益求精 风云之路日新月异

发布时间:2018-06-12

2018年6月5日,风云二号卫星H星在西昌卫星发射中心发射成功。上海技物所承担了核心光学载荷多通道扫描辐射计的研制。辐射计具有可见光、中波红外、水汽、长波红外和长波红外分裂窗五个光谱通道,每30分钟可获取一幅地球圆盘图信息,具备灵活、高时间分辨率的区域扫描能力,能在强对流等灾害性天气活跃时期进行每6分钟一次区域加密观测。其获取的气象信息将在天气预报、气候预测、自然灾害和环境监测等方面发挥关键作用,也将广泛应用于农业、海洋、交通等行业,可带来显著的社会经济效益。自上世纪80年代至今,对风云二号气象卫星光学仪器的研发和制造,上海技物所已经坚持了三十余年。风云二号9颗气象卫星全部光学载荷的研制水平不断实现新跨越,是上海技物所老、中、青三代科研人员不畏艰难、不怕牺牲、团结协作、开拓创新的结果。

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一代卫星一代人

风云二号气象卫星是我国自行研制的第一代地球静止轨道气象卫星,与极地轨道气象卫星相辅相成,构成我国气象卫星应用体系。自1997年至今,我国先后成功发射了8颗风云二号卫星,在轨业务运行良好,形成了“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务格局。三十余载,我国静止轨道气象卫星实现了从无到有、从弱到强,从试验卫星向业务星的转变,实现了“双星观测、在轨备份”的业务格局。卫星在轨稳定运行,诸多成就使我国气象卫星事业步入了国际气象卫星先进行列,其背后承载着全体科研人员的苦心钻研。几代技物所人以执着追求奋勇向前的精神,使气象卫星光学载荷研制技术实现了跨台阶的提升。

风云二号气象卫星核心遥感仪器——多通道扫描辐射计需要将光、机、电、红外探测器、辐射制冷和薄膜光学等多种技术综合应用在一起,世界上只有为数不多的国家能够设计制造这种仪器。上海技物所自1983年就开始了静止卫星光学有效载荷研制的策划与预先研究。科研人员“白手起家”,从学习、调研、思考,到引进、消化、吸收,最终实现了技术改进、自主创新和稳定发展。

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然而,科学研究的道路并非一帆风顺。1994年4月2日,当时正在进行最后一次厂房测试的风云二号卫星突然爆炸起火,凝聚着航天人十多年心血的卫星毁于一旦,离卫星爆炸距离最近的技物所科研人员中5人被烧伤,轻伤数人。事故的发生,对于在风云二号战线上连续奋战十多年的技物所人是一个沉重的打击。然而,事故发生后三个月,研究所就重新组织起了风云二号扫描辐射计研制队伍,主动、迅速、有序地投入到了新产品的研制工作中。仅仅用二年多时间就向卫星总体提交了比原先质量、性能和可靠性更高的扫描辐射计正样发射产品,为1997年我国第一颗地球静止轨道气象卫星的成功发射奠定了重要的技术基础。

 

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经过多年国家重大项目的磨练,上海技物所建成了与航天工程文化相匹配、能打硬仗、能吃苦的科研团队。这些团队强调通力合作,有总体、系统、部件的协调,有设计、制造、测试及试验的共同努力。他们关注核心技术,注重系统集成的改进,强调提高寿命与可靠性。2004年,科研团队对02批C星的辐射计实施了重大技术改进,将辐射计的观测通道从三个增加到五个,红外通道的温度分辨率和可见光通道的信噪比均有明显提高,同时增加了对森林火灾、草原火灾、大雾天气和沙尘暴的观测能力。在G星上,扫描辐射计的研制延续了F星的技术路线,并再次实施了三项技术改进,包括:进一步降低了由视场外地球目标引起的红外杂散辐射,进一步提高了黑体观测频次以及后光路中主要光学部件的温度遥测分辨率。这三项改进措施有效提高了风云二号定量化产品的反演精度,使卫星的定量化水平达到国际先进水准。

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轻身重义 竭尽全力

“搞科研就是要有点牺牲精神”,这是上海技物所风云二号研制团队灵魂人物、卫星副总师陈桂林院士的一句话。这句话也充分体现在由他带领的研制团队三十多年的科研工作中。

风云二号立项之初,绝大多数人都认为这是个投资大、风险高、周期长,而且难以预测结果的项目,其中轻量化的空间大孔径高分辨率光学系统、高精度(角秒级)空间扫描机构、高性能探测器等关键技术都是极具挑战的难题。为了能掌握第一手气象信息,陈桂林累坏了自己的眼睛和耳朵。1989年,正当他带领大家完成多通道扫描辐射计初样产品研制时,因过度疲劳得了突发性耳聋。但他强忍病痛,坚持工作。住院治疗后,病情稍有转机,他又立即投入工作。如今,陈桂林的左耳已听不到任何声音。1994年1月,陈桂林在西昌卫星基地参加风云二号气象卫星首次发射工作,一只眼睛忽然什么也看不清楚,经诊断为视网膜脱落,在医生和领导的一再催促下,他才住进了医院。如今,陈桂林右眼视力不到0.1,但他戴着眼镜,依然奋斗在科研第一线。

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2011年春节,研制团队在加班检查整理电单机的电缆接线,陈桂林也来了。他亲自在现场指导,线缆密密麻麻,他眼睛看不清就用放大镜,一根导线一个接点地检查,不符合要求就重来。他的神情非常严肃,一丝不苟,一边检查一边告诉科研人员哪里的工艺是要注意的,哪里是要仔细检查的。G星扫描辐射计预交付后,为了解决在整星电测试过程中出现的信号和电位器码异常跳动的现象,陈桂林坚持与团队一起找问题,分析原因,反复教导青年科研人员:“遇到问题一定要弄清楚,问题不可怕,松懈的态度是最可怕的。关键在于认真对待,地面上出现的任何异常现象都可能是隐患,从另一面而言,在地面上出现问题是“好事”,否则到了天上对产品将是灭顶之灾。”就在扫描辐射计出发进场的前两周,陈桂林突遇风寒,体温升到了39度。在病床上的他依然不忘关心辐射计的工作,在听完汇报后还一再嘱咐要把工作做细做实。两周后,尚未痊愈的他带着咳嗽和试验队一起奔赴卫星发射场。

陈桂林的科研人生就是风云二号气象卫星发展的浓缩史。风云二号卫星性能和质量的提高过程,正是以他为代表的科研人员顽强拼搏、敢于攀登科技高峰的过程。

 

仰望苍穹 更上层楼

风云二号卫星是我国已投入业务运行的地球同步轨道气象卫星,三十多年来经历了三批任务的研发历程。上海技物所扫描辐射计获取的图像资料已为全国各省市气象台站、周边数十个国家与地区接收,在气象预报服务、气象防灾减灾以及国民经济社会发展中发挥了越来越重要的作用,其资料和产品已经在天气预报、气候预测、自然灾害和环境监测、资源开发和科学研究等领域得到广泛应用,取得了显著的经济社会效益。同时,“风云二号”卫星也是全球综合观测系统的重要组成部分,被世界气象组织纳入了全球观测业务卫星序列,充分体现了中国气象卫星的国际地位与国际影响力。

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在研发过程中,上海技物所坚持以用户需求为牵引,不断开展技术创新与改进,使每批辐射计性能与图像质量都有上台阶的提高。02批与01批相比,增加了长波红外和中波红外两个探测波段,具有可见、中波、水汽、长波红外等5个光谱波段。而03批扫描辐射计又在01、02批的基础上,实施了多项重大的技术突破与改进——实现了探测波段光谱响应精确定量;持续不断地探索和改善杂散影响,提高光学仪器的信杂比和成像质量;通过工艺改进使空间辐射制冷技术得到显著提升,制冷量大幅提升;改进地面与星上定标方法,提升数据定量化应用水平;优化控制软件,实现了用户提出的灵活快速的区域扫描方式、更高频次星上黑体定标等新技术要求和指标。

风云二号气象卫星目前有4颗在轨运行,产品质量和性能不断提高。2004年发射的第一颗业务卫星总计在轨工作超过10年,远远超过3年的设计使用寿命。最新地面测试表明,风云二号H星辐射计不仅保持了性能指标的优良,通道探测灵敏度较比08星略有提高,还在提高可靠性方面下足功夫,能够满足用户的定量化应用新的需求。中国气象局将“风云二号”H星列为服务于“一带一路”国家战略的气象卫星,重点为中国西部地区和“一带一路”沿线国家和地区提供服务,实时获取中国及其周边地区可见光、红外云图和水汽分布图,收集并转发气象、海洋和水文等环境监测资料,播发数字展宽云图,严密监视不同时间和空间尺度天气系统的变化,成为提升我国国际影响力的重要力量。风云二号气象卫星性能和质量的提高过程,体现了技物所作为科研国家队的整体实力和开拓创新、锐意进取的精神。

目前,我国第二代地球静止轨道气象卫星风云四号A星也于2016年底成功发射,在轨运行状态良好、性能优良,特别是在垂直探测能力和短期灾害性天气预报能力上,走在世界前列。其核心载荷大气垂直探测仪和扫描成像辐射计均由上海技物所承担研制。这是技物所几代人光荣和梦想的继承与延续、更是技物所人责任的担当。未来10到15年是我国以空间应用为牵引、以科技创新为动力,实现航天强国梦的关键时期。上海技物所正在为我国的航天遥感技术达到世界先进水平而努力奋斗。

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