我國首顆主動降水測量衞星發射成功

據微信公眾號“上海航天”消息，4月16日9時36分長征四號乙遙五十一運載火箭在酒泉衞星發射中心點火升空，成功將我國首顆降水測量專用衞星風雲三號G星送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。

星箭均由中國航天科技集團有限公司八院抓總研製。本次發射是長征四號系列運載火箭第99次發射，是八院抓總研製的長征系列運載火箭第186次發射，也是長征系列運載火箭第471次發射。

風雲三號G星是我國第二代低軌氣象衞星系列風雲三號的第7顆衞星，也是風雲氣象衞星連續成功發射的第20顆衞星。衞星國際首次採用雙頻主動降水測量雷達與被動微波、光學遙感相結合的綜合探測，搭載了降水測量雷達、微波成像儀、中分辨率光譜成像儀等4台業務載荷，主要用於災害性天氣系統強降水監測，可提供全球中低緯度地區降水三維結構信息，提升降水要素探測性能，為提高降水氣象預報準確率提供支持。衞星發射後將填補國內降水三維立體層析探測數據空白，整體功能性能達到國際先進水平。

風雲三號G星發射重量約3.6噸，運行於高度407km、傾角50°的傾斜軌道，作為風雲氣象衞星的首顆非太陽同步傾斜軌道衞星，風雲三號G星發射後將與C星、D星和E星進行在軌組網觀測，使我國成為全球唯一同時運行“上午、下午、晨昏、傾斜”四條近地軌道氣象衞星的國家，屆時我國全球數值天氣預報模式中衞星觀測數據的更新時效將進一步提高，可將預報精度提高3%左右，預報時效延長24小時左右，衞星全球觀測頻次可達每4小時1次，可將氣象災害監測時效提高近1倍。

在軌運行後，風雲三號G星將通過探測雲、水汽、氣溶膠、風場等相關要素，進一步研究降水形成過程，並且能精確感知到地球大氣0.2毫米/小時的降水強度變化，探測到毛毛雨般的降水強度，精準度達到國際先進水平。衞星發射後將大幅提高空間降水探測能力，為全球氣象災害的監測和預報提供有力手段。

執行本次發射任務的長征四號乙運載火箭是常温液體三級運載火箭，可實施一箭一星或多星發射，其太陽同步圓軌道運載能力可達2.5噸（軌道高度700公里）。為適應任務要求，本發火箭採用Φ4000mm馮·卡門衞星整流罩，採用新研的1194C型大承載連接解鎖分離裝置，標誌着八院型譜化連接解鎖分離裝置家族“再添新丁”，可以更好地滿足衞星差異化需求。

本發任務發射正值酒泉衞星發射中心季節轉換的月份，火箭一、二、三級箭體首次面臨在風雪天氣轉場。崗位人員對防雨雪措施進行了再三檢查確認，並將流程精確至分鐘級，整個轉場過程節奏緊湊、一氣呵成。經過轉場後加電測試考核，星、箭產品安全可靠，順利轉入發射階段工作，在任務取得圓滿成功的同時，也為型號積累了在不利氣象條件下執行任務的寶貴經驗。

風雲三號G星為何是降水測量界的“王牌”？

據微信公眾號“上海航天”介紹，風雲三號G星在國際上首次採用雙頻主動降水測量雷達與被動微波、光學遙感相結合的綜合探測，實現了降水測量從“被動看”到“主動探”的跨越，進一步提高了我國氣象綜合觀測能力。這顆衞星到底都有哪些“獨門絕技”？帶您一探究竟。

雙頻段、高精度，讓降水無處遁形

降水是全球水循環中的重要過程，降水量多少和降水在時間與空間分佈的變化會極大地影響人們生活。據統計，全球枱風有三分之一左右產生於北太平洋西部，而我國正處於北太平洋西部颱風活動帶上，近年來，颱風暴雨內澇成為我國部分城市面臨的重要災害之一，給人民生活造成了巨大的影響。

關於降水資料的獲取，傳統上主要通過雨量計、地基雷達等手段，但由於地面設備配置數量有限且分佈不均，難以獲取大範圍高空間分辨率的地面降水信息。風雲三號G星搭載了我國首套“空中雨量計”——星載Ku、Ka雙頻降水測量雷達，將雷達觀測分辨率高和衞星觀測範圍廣的優勢結合起來，通過向大氣發射無線電磁波信號，接收大氣中不同高度層的降水粒子反射信號，獲取垂直方向不同高度層的降水結構信息，實現垂直方向降水的探測。同時，利用雷達跨軌方向的掃描能力，實現對水平方向的降水探測，最終使風雲三號G星具備自上而下獲取三維結構信息的能力，就如同對大氣降水進行“CT”掃描，獲得降水精細的立體結構信息。

除此之外，風雲三號G星Ku頻段和Ka頻段雷達同步工作，可以利用大氣中不同高度層的降水粒子對兩個頻段雷達輻射的微波信號的反射率不同的特性，區分雨和雪，並對降水進行精確估計。Ku頻段有利於探測強降水，Ka頻段則有利於探測弱降水，兩者結合形成的雙頻探測,可以擴大降水探測能力，提高降水反演精度，精準感知407公里軌道高度內地球大氣0.2毫米/小時如毛毛雨般的降水強度變化，比國外同類儀器在相同靈敏度下的距離分辨率提高了1倍，可獲取更精細的降水三維結構信息。

多體制、主被動，將測量做到極致

為了進一步提升對台風、暴雨等災害性降水的高精度觀測，風雲三號G星瞄準了“高探測靈敏度、高探測精度、多體制聯合探測”的發展方向。除了主動降水測量外，衞星還搭載了一台全新升級換代的被動微波儀器——微波成像儀。

作為國內首次配置的降水型多通道、高靈敏、高精度的輻射計，微波成像儀將在國內首次實現9頻點26通道一體化探測。它可以接收地球大氣10~183GHz微波輻射能量，進行全天時、全天候、多極化協同探測。就像一隻高靈敏、高精度的千里眼，獲取颱風內部温濕結構、颱風強度、颱風影響區雨強等相關關鍵信息，預測颱風未來發展情況，對台風暴雨“精確把脈”。

此外，衞星搭載的光學遙感載荷——中分辨率光譜成像儀將實現可見光/紅外雲圖、雲頂温度、雲頂高度、有效粒子半徑和雲形態學方面的要素探測，進而輔助判斷降水雲的存在，完善微波測量的反演結果。

主動降水測量雷達與被動微波、光學遙感相輔相成，實現降水要素的多體制聯合協同探測，可謂強強聯合，將測量降水的配置拉成“頂配”，成為降水測量界的“王炸”。

可俯仰、可掉頭，似“太空芭蕾”

風雲三號G星運行在低軌低傾角的非太陽同步軌道，對於該軌道上的衞星，由於光照條件的不斷變化，其外部熱環境變化複雜，太陽會定期出現在軌道面的兩側，在一段時間內，太陽照射衞星的左側面；但過一段時間，太陽又會照射衞星的右側面。但風雲衞星定量探測的需求，要求衞星有一面必須始終背向太陽，為適應低軌低傾角軌道複雜的光照條件和多變的外熱流，確保衞星始終以同一側面面向太陽，保證穩定的外部熱環境和單機穩定的工作環境，姿軌控系統設計了自主偏航姿態機動模式。當太陽光從軌道面的一側運動到另一側時，衞星將自動轉身180°，實現從正飛到倒飛，再到正飛的靈活調頭機動。

此外，衞星運行在距離地面約407公里高度的低軌道上，大氣密度較高，在太陽活動高年，衞星1天的軌道高度衰減可達600多米。根據任務要求，衞星軌道高度要控制在100米的偏差以內，每天需要進行3次軌道調整，針對這種情況，風雲三號G星研製團隊凝聚了集體智慧，實現了衞星軌道高度維持、偏心率與軌道相位協同自主控制，使得衞星一直以固定高度經過同緯度地區上空，保障了衞星業務應用效能的發揮。同時，為了滿足有效載荷在軌執行任務的需求，衞星設計了三軸任意角度的快速機動、短期姿態偏置模式，使得載荷有效觀測範圍提高近50%。

為保證衞星超長壽命業務化運行，系統全面的保障措施必不可少。風雲三號G星研製團隊設計了單機級、系統級的故障診斷，採用多層敏感器信息融合故障診斷技術，可在單個星敏感器、兩個星敏感器、多個星敏感器之間進行姿態基準切換，並根據衞星需求完成故障診斷和姿態調整，真正意義上實現“靈動”。此外，衞星採用陀螺多表頭信息完備診斷與不同軸陀螺表頭重構，飛輪診斷與故障剔除等技術手段，使各部位有效備份，實現實時姿態安全監控，提高了平台可靠性，保證了衞星在軌穩定運行。

在後續的業務運行中，風雲三號G星將發揮“獨門絕技”，與風雲三號黎明星、上午星、下午星功能互補、相互配合，組網形成完整的低軌氣象衞星業務綜合觀測能力，將預報精度提高3%左右，將預報時效延長24小時左右，將氣象災害監測時效提高近1倍，有效監測衞星壽命週期內發生在海上的颱風內部雲、雨的發展過程，為颱風、暴雨、暴雪等災害性降水提供高精度觀測資料，進一步提高全球數值天氣預報效能。

（作者：楊麗  王震  趙俊淇 肖前循  張鵬飛  許海玉  鄭永艾）