风云四十年专题

——中国风云系列气象卫星工程研制纪实

Space Exploration - - CONTENTS - 文/ 赵聪

“风云”激荡四十载风云卫星“全家福”风云不再莫测

四十年前的 1977 年 11 月,中国卫星界闻名的“7711 会议”在沪召开,从此掀开了中国气象界的“风云”纪元。四十年后的2017 年 11 月,风云系列气象卫星成功发射入轨的第十六颗星亮相,“风云”望族再添新丁。从第一代卫星到第二代卫星,从发射风云卫星的长四甲到长四乙和长四丙,从“跟跑”“并跑”到实现“领跑”,整整四十年里,航天人悉心经营,风云星步步高升。 风云元年

“要赶快改变落后面貌,搞我们自己的气象卫星。”周恩来这番话,揭开了中国气象卫星的序幕。这一年是1969年,距离世界上第一颗气象卫星成功发射9年,距离毛泽东主席豪迈地提出“我们也要搞人造卫星”11年, 距离世界上第一颗人造地球卫星上天12年。

三年后,中共中央、国务院、中央军委正式下达研制气象卫星的任务,并将这一重任交给了当时刚刚组建的上海航天基地。乘此东风,上海气象卫星研制队伍着手组建。1974年,已经成立的上海卫星总体部,即上海汽轮机厂 701 车间(八院 509所前身),正式组建技术队伍,对我国第一颗极轨气象卫星展开预先研究。与之同步,中科院技术物理所等单位开始进行卫星有效载荷、可见光红外云图探测器等关键技术和仪器的技术攻关。经过2年多的努力,初步形成了卫星总体方案。

1977年是中国气象卫星界不可忘

却的一年。这一年著名的“7711会议”召开,中国气象界由此正式踏入“风云”纪元。1977年 11月,国防科委根据党中央相关文件精神,在上海召开气象卫星大总体方案论证会,会议统一了对气象卫星研制工作的认识和指导思想,并确定了我国第一颗太阳同步轨道气象卫星命名为“风云一号”。

时隔多年,孟执中院士依然记得在那场大会上,当时的中国气象局副局长的那份激情洋溢的气象卫星需求报告。报告对气象卫星的技术指标进行了可行性论证,甚至明确了卫星、火箭、发射场等后续任务的分工和进度。彼时,孟执中没有想到,自己会成为风云一号和风云三号气象卫星的总设计师,并伴随风云卫星一路走过四十年。

同样让孟执中印象深刻的是周恩来总理对气象卫星一以贯之的“热情”。1973 年 6 月 ~8 月,周恩来两次在人民大会堂听取气象卫星研制情况汇报。“总理面色非常憔悴,他一面坚持听汇报,一面服药……后来才知道,总理当时已患癌症,病魔缠身。”孟执中两次均参与其中,后来,有人在文章中这样记述孟执中的回忆。

直到“7711会议”召开,中国的气象卫星工程研制队伍才开始系统地建立起来,会上明确了风云一号气象卫星工程的五大系统总体单位,从火箭、卫星、发射场、测控到应用,一幅完整而清晰的气象卫星蓝图被勾勒出来。

长征四号运载火箭与风云卫星的不解之缘,亦早早奠定。1986年 8 月18日,国务院、中央军委联合下发(1986)100号文,明确风云一号气象卫星用长征四号A型运载火箭发射, “整整十个月后,合练箭通过了航天部组织的出厂质量评审,整装待发。9天以后,合练箭踏上了奔赴太原卫星发射中心的征途。”长征四号甲运载火箭总设计师孙敬良日后写道。 把中国气象卫星送上天的计划,加足马力上路了。

风雨之路

1999 年 5 月 10日,中国驻南联盟大使馆被轰炸后的第二天,风云一号C星成功发射。在那个满是阴霾的时局下,这颗卫星被国人称为“争气星”,铭刻在北京的中华世纪坛上。多数人不知道,这颗“争气星”也是风云之战的第一个翻身仗。1977年之后的20多年里,中国气象卫星研制之路,坎坷而心酸。

1988 年 9 月 4日,我国第一颗风云系列气象卫星——风云一号A星在太原卫星发射中心蓄势待发,70多岁的风云一号气象卫星工程总设计师任新民穿梭于箭、星和基地之间,解决着各种技术难题。三天之后,风云一号A星在长征四号甲火箭的托举下一飞冲天,这也是该型火箭的首次发射。

39天之后,意外发生了。在国家卫星气象中心的工作室里,工作人员发 现卫星姿态发生了变化,云图慢慢偏斜,最后只留下地球的一条弧线,卫星失控了。之后,我国第一颗气象卫星慢慢消失在太空。风云一号A星在升空仅仅39天之后,结束了短暂的“生命”。这一事件在中国气象卫星研制工作者心中留下遗憾,成为难以抹去的“39天之痛”。

紧随其后的风云一号B星同样留下了遗憾。1990年9月3日,风云一号B星由长征四号运载火箭成功发射,及时为第十一届亚运会提供气象预报。但10多天过后,卫星开始出现异常,在这年年三十晚上,危险到达了顶峰——卫星云图发生扭曲,并不停地滚动,控制系统出了问题。随后的75天里,一场世界航天史上罕见的卫星地面营救行动开始了。工作人员不间断地轮流值勤,一次次地挽救了卫星,使之恢复正常工作状态,即便如此,它的寿命也大打了折扣。

有感于这次旷日持久的营救任务,研制人员将风云一号卫星研制过程中出现的问题和解决之策汇编成册。在后来漫长的航天攻关年月里,这四册凝结着心酸的图书,成为了卫星可靠性设计和排故方案的典型教材。

上世纪八九十年代的风云二号卫星同样遭遇了坎坷。1994年,我国第一颗地球静止轨道气象卫星风云二号01星在发射前测试的过程中发生意外。三年后,风云二号A星发射成功,但在运行了3个月左右后开始出现故障,每天只能间歇性工作6小时~8小时。技术人员后期评判认为,卫星在气象业务应用上没有达到预期效果,最终没有实现业务化。

沉闷的阴霾直到千禧年前夕才得以散去。1999年的“争气星”让国人在沮丧中觅得光明,太阳同步轨道卫星风云一号打了一场漂亮的翻身仗。虽然紧随其后的风云二号B星未能实现业

务化,但却为风云二号系列的后续卫星积累了宝贵经验。

风雨之后,随之而来的就是光明。2002年,风云一号D星发射升空,该卫星第一次实现了遥感卫星的长寿命业务运行,成为国内寿命最长的在轨遥感卫星之一。2004年,地球静止轨道气象卫星风云二号终于传来喜讯。这年发射的风云二号C星成功定点,后来该星被评价是当时国内应用最为广泛的业务应用卫星,“达到了美国和日本20世纪 90年代气象卫星的水平,图像质量甚至超过了美国”。世界气象组织亦对C星高度评价,将其列为全球气象卫星观测网的重要业务卫星之一。

阳光普照

阴霾散去,“风云”驶入快车道。从 2006 年到 2014年,我国先后发射四颗风云二号系列卫星,颗颗成功。长期稳定运行的风云二号卫星,挑起了国家重大活动的气象保障之担,也开始服务于国民经济,造福万千百姓。

平稳之中,创新之举不断涌现。 2008年,一颗研制了近八年的“新星”在太原卫星发射中心升空,这是风云三号的首发星——航天科技集团八院抓总研制的新一代太阳同步轨道气象卫星。它在首代太阳同步轨道气象卫星风云一号局限显露的时候应运而生。

值得一提的是,执行此次发射任务的是在长征四号乙火箭基础上改进而来的兄弟型号——长征四号丙。日后多年中,这型新增了三子级二次启动能力的火箭,与风云三号次次相伴。

现任风云三号卫星总师兼总指挥高火山曾将该系列卫星的特点概括为“一新二多三高四难”,他说,风云三号是我国新一代极轨气象卫星,其采用了新型卫星平台,装载多种高性能探测仪器,以实现全球、全天候、多光谱、三维、定量探测等,与美国、欧洲新一代极轨气象卫星基本处于同一水平。

此后五年中,风云三号B 星、C星相继发射成功,并与A星实现三星组网。犹如添翼的猛虎,组网后风云三号威力大增,观测数据更新时效由12小时缩短为6小时,实现了对大气的三维探测、全球高分辨率观测和全天候、 全天时工作。这个“猛虎阵营”不受白天和黑夜的限制,也不受各种天气状况的影响,不知疲倦地在遥远太空提供着24小时服务。

创新之路永远不会一帆风顺,风云三号亦不例外。风云三号的主要载荷之一是微波成像仪。这个设备是从进口转国产的,其系统之复杂、技术难度之高,不仅在中国属于首创,在世界上也属罕见。最初,只有欧美国家掌握其核心科技,在天价费用面前,八院813所(电子所前身)决定成立研究室,自主攻克微波成像仪技术。

攻关过程漫长而艰辛,一路下来, 20多人的研究室只剩下6个人。据过来人回忆,做振动试验时,声音像轰炸机俯冲时那么大,年轻的研究员吓得不敢上前。困难时刻,老院士、总指挥三天两头往所里跑,给大家鼓劲。八年后,团队终于拿出了可应用在风云三号卫星上的微波探测仪。

创新的车轮滚滚向前。2016年, “风云”家族再度传来喜讯,我国地球静止轨道气象卫星也迎来了“新一代”。这年年底,风云四号A星发射成功,较上代风云二号卫星,该星的观测效率提升 20倍、探测通道提升3倍、空间分辨率提升4倍、时间分辨率提升2倍、观测数据量增加160倍,在世界上首次实现了成像观测和红外高光谱大气垂直探测综合观测,成为我国气象卫星技术从“跟跑”“并跑”转向“并跑”“领跑”的实践者。

明日光辉

四十年时间里,“风云”家族谱系日益完备。

从风云一号到风云三号,到不久前成功入轨的风云三号D星,我国太阳同步轨道气象卫星成功完成了由一代向二代的蜕变,并日益走向成熟。在地球静止轨道卫星方面,风云二号系列卫星的长期稳定运行让人们信心倍增, 风云四号A星的成功投入,更让中国气象卫星未来可期。

截至目前,我国已发射16颗风云气象卫星,现有9颗在轨稳定运行,是世界上第三个同时拥有地球静止轨道气象卫星和太阳同步轨道气象卫星 的国家。中国气象卫星的崛起,改写了世界气象卫星版图,促成了中、美、欧三足鼎立的格局,让大写的中国屹立在风雨之巅。

四十年来,风云气象卫星被一次次送往太空,它们遥望地球,在台风、

暴雨、沙尘暴、大雾等灾害天气面前,为人类提供预警。风云家族成员凭借敏锐视觉,夜以继日地观察着地球环境的变化,将它们的细微感知传回地面。

据权威数据显示,风云气象卫星投入业务运行以来,全国因台风、洪涝 灾害死亡或失踪人数减少了约70%,直接经济损失平均减少约40%。风云气象卫星是我国遥感卫星中应用范围最广、效益发挥最好的卫星系列之一, 2000年以来气象卫星投入产出效益比达到了 1:40。

从1977年“风云”元年,到2017 年 11 月 15日“风云”家族再添新丁,这股不断壮大的风云力量,为中国气象和人类环境描绘着越发清晰美好的未来。★

▲ 风云三号C星首发业务星云图

1988 年 9月,风云一号A星在太原卫星发射中心吊装

2002 年 3月,风云一号D星进行光照试验

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