4月16日9時36分，我國首顆低傾角軌道降水測量衛星——風云三號G星，搭乘長征四號乙運載火箭，在酒泉衛星發射中心成功發射。這是繼美國、日本聯合發射專用降水測量衛星之后國際上第三顆發射的主動降水測量衛星，全球降水測量衛星家族首添“中國造”。自此，我國成為全球唯一同時業務運行晨昏、上午、下午和傾斜四條近地軌道民用氣象衛星的國家。
(資料圖片)
中國氣象局黨組書記、局長陳振林表示，風云三號G星是第20顆風云氣象衛星，它的成功發射進一步完善了我國低軌氣象衛星星座組網布局，有助于發揮我國低軌氣象衛星觀測網的整體優勢，將顯著改善全球暴雨等災害早期預警能力。截至目前，我國共有8顆風云氣象衛星在軌運行，正持續為全球126個國家和地區提供數據產品和服務。
這顆衛星有何亮點和特點？將對全球氣象觀測和服務產生什么影響？國家衛星氣象中心副主任、風云三號極軌衛星地面系統總指揮張鵬和風云三號G星地面系統總設計師谷松巖接受了采訪，詳細解讀風云三號G星技術特性、功能及創新突破。
國內首顆、世界第三顆降水測量氣象衛星
作為我國自主研制并達到國際先進水平的第二代極軌氣象衛星，風云三號系列衛星大部分屬于近極地太陽同步軌道衛星，分布在離地球800多公里的太空中。而風云三號G星的軌道高度在407公里，屬于非太陽同步傾斜軌道，且不經過極地，外觀也與其他風云三號衛星不同。它為何如此特殊？
“特殊軌道、特殊外觀取決于它特殊的使命——解決臺風等災害性天氣系統強降水監測問題，為世界提供全球中低緯地區降水三維結構信息，因此我們也稱它為‘降水星’。”張鵬說。
據介紹，降水是水循環的重要組成部分，在氣候變化背景下，氣象災害頻發，對降水系統瞬時結構和全球分布特征的認識，成為人們防災減災、理解全球氣候變化的重要內容。
目前，我國已建成比較完備的地面監測網，其中地面降水雷達在監測降水三維信息方面發揮了巨大作用，但它在廣袤海域或地形復雜等地區存在監測盲區。而衛星在監測這些區域方面具有特殊優勢，那么如何將降水雷達搬到衛星上，實現強強聯合？張鵬表示，研制風云三號G星的目的就在于此，在太空中實現對降水結構的三維滴譜探測，地空天協同，解決地面降水監測盲區的問題。
風云三號G星上配置有雙頻降水測量雷達、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀、全球導航衛星掩星探測儀4個業務載荷和高精度定標器、短波紅外偏振多角度成像儀兩個試驗載荷。通過主動降水雷達、微波降水遙感和紅外降水估計，可以提供降水結構的三維立體監測信息，這對于我國強降水監測預報預警、降水機理研究和支撐人工影響天氣業務開展，具有非常重要的意義。
此外，張鵬表示，風云三號G星是中國發射的國內首顆、國際第三顆降水測量氣象衛星，它將進一步發揮低軌氣象衛星完備觀測網的整體優勢，在氣象災害監測領域向世界貢獻中國智慧和風云方案。
十余年磨礪，實現多項國內首次
時間回撥至十七年前，2006年，第二代極軌氣象衛星的首發星風云三號A星正處于后期工程研制階段，發射指日可待。當時氣象衛星科技工作者就已在謀劃：“實現升級換代后，未來極軌衛星的技術攻關將指向何方？”
彼時，利用氣象衛星對地面降水進行主動立體監測是氣象業務中的迫切需求，但這對航天工業研制要求非常高，難題擺在了氣象和航天工作者面前。“最終，在大氣科學發展需求、氣象業務發展需求和航天科技進步需求等三方需求牽引下，我們共同確定了風云三號降水星的研制任務。”張鵬說。
鎖定目標后，承擔這一重大工程任務的氣象和航天工作者便開始緊鑼密鼓地部署推動。2010年，突破衛星載荷原理樣機技術；2014年，完成衛星使用要求確定；2015年，研制方案通過專家評審，隨后降水星正式納入風云三號工程建設；2018年，天地一體化5大系統研制工作正式啟動……“就在上個月，我們完成了衛星發射前整個地面系統的聯調聯試工作，這標志著地面系統準備好，具備了接收處理降水星資料的能力。”谷松巖說。
如今，位于非太陽同步軌道上的風云三號G星，在407公里的太空中自由翱翔，兩個太陽能板如同它的翅膀，使其能游刃有余地持續獲取太陽能量。谷松巖表示，太陽同步軌道衛星只有一個太陽能板，因為它與太陽的夾角始終不變，因此可以持續獲取太陽能量，而降水星與太陽的夾角是變化的，當太陽能板與太陽間的夾角小于某個角度時，它就不能獲取足夠能量，需要通過掉頭利用另一側的太陽能板繼續獲取太陽能量。而此前，如何解決衛星跟蹤太陽方向的問題讓研制人員很是頭疼，如今已全部在降水星上徹底解決。
此外，降水星運行時并不經過南北極，無法借用南北極的衛星接收站的數據中轉功能，如果僅靠國內衛星地面站來接收降水星的監測資料，可能需要16個小時才能完成數據同步，這根本無法滿足降水天氣應用的時效需求。怎么辦？又一難題擺在眼前。
“最后，我們通過中繼技術實現了數據傳輸，將數據獲取時間從16小時壓縮到3小時內，這也是民用衛星首次使用中繼技術開展業務數據傳輸。”谷松巖解釋，當降水星飛過中繼衛星時，把觀測數據及時上傳至中繼衛星，中繼衛星再將數據傳到地面站，這相當于把南北極衛星接收站放到了天上的中繼衛星上，從而使數據獲取時效達到預期效果。
“我們還將福建、上海、海南等地的省級遙感衛星地面站納入國家級站網布局，掃除海上、山區等部分地區地基觀測的盲區，以最快速度實現降水星的監測資料對我國沿海等地區降水產品制作的支持。”谷松巖說。
國內首次實現星載主被動微波聯合測量降水系統三維結構、首次實現星載被動微波輻射計成像和探測一體化設計、首次生成風云三號被動微波多星融合綜合數據集……一項項技術突破的背后，其實也是中國航天工業研制能力穩步提升的寫照。今年8月，我國還將發射風云三號F星，后續風云三號H星、I星、J星也在緊鑼密鼓布置中，預計到2026年前后，風云三號將形成由兩顆降水星(風三G星和I星)和5顆業務極軌氣象衛星(風三D星、E星、F星、H星、J星)組成的星座體系，屆時風云三號氣象衛星將形成星座體系下主被動微波聯合探測降水業務能力。張鵬說：“我們不光要用好現在的衛星，同時還要規劃好未來一代衛星，真正起到承先啟后的作用。”
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