祖国高清全景写真出炉记

——风云卫星专家带你揭秘微信“变脸”的背后故事

2017年09月27日09:17  来源:光明日报
 
原标题:祖国高清全景写真出炉记

  9月25日,在太空中运行半年有余的风云四号A星交付使用,这也意味着它正式“上岗”,标志着我国静止轨道气象卫星观测系统实现了更新换代。

  另一则来自微信团队的消息更是引爆了公众话题——9月25日至9月28日期间,用户在启动微信时,可以欣赏到由我国新一代静止轨道气象卫星风云四号从太空拍摄的祖国全景。这是6年来微信启动页面首次发生变化。

  鲜为人知的是,这张祖国全景大图并非一蹴而就,从风云四号“流水线”前端的黑白照片,到变身眉眼清晰的彩色美图,中间需要很多加工处理的过程,还有很多实力强劲的“黑科技”提供支撑。

  静止卫星与太阳同步轨道卫星,一个相对于地球保持静止,一个则绕着地球转动。我国的风云一号、三号卫星分别是我国第一代和第二代太阳同步轨道气象卫星,距地面高度大约500公里至1000公里,而风云二号、四号卫星则分别是我国第一代和第二代对地静止轨道气象卫星,距地面约36000公里。

  但同为静止卫星,风云四号比风云二号性能更加优异。“风云四号更‘清、快、准’,图像更清晰,拍摄图像的时间更快,探测结果更加准确。”风云四号卫星地面应用系统总指挥魏彩英说。

  先从卫星的拍照功能说起。摄影爱好者都熟知,要拍摄出一幅精美的照片,不仅要对焦准确,还要保持相机的稳定。为了克服微振动影响,研制团队在工程上成功实现了振源隔振装置和有效载荷隔振装置的研制,这相当于给单机坐上“软沙发”,成功隔绝平台微小的振动影响,微振动抑制效率达到90%以上。

  此外,卫星上装载的干涉式大气垂直探测仪,其光谱探测通道达到1700个,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测,“相当于对大气进行CT扫描”,这也是国际上静止轨道气象卫星的首次装载。

  卫星上还有一个“神器”,叫“千里眼”——多通道扫描成像辐射计。它是迄今我国静止轨道最先进的辐射成像仪,覆盖了可见光至波长达13.8微米的甚长波红外波段,光谱通道增加到14个;能够每15分钟对东半球扫描一次,最高空间分辨率达500米。

  有了这么多高科技装备,拍摄出来的高清大图自然不逊色于之前NASA发布的照片。诚如此前国家航天局秘书长田玉龙在风云四号首批图像发布会上的评价:经初步分析,图像层次分明,云层和地表纹理丰富。

  看到照片是结果,但照片的回传和处理可谓“千锤万凿出深山”。风云四号地面应用系统副总设计师郭强表示,数据的准确回传,需要地面站实现对卫星的精准控制。由于卫星对指令的存储能力有限,地面系统需要与卫星进行实时的任务和指令交互,即风云四号的每一个观测动作都是在地面系统的精确控制下完成的,“地面系统每天对卫星发送的业务化指令可达5000条以上,而对风云二号每天发送的指令数量仅有100多条”。

  在中国气象局北京地面站,可以看到,风云四号的接收天线,如同一口口“大碗”,整齐划一地面朝西南矗立。“对于静止气象卫星来说,天线是需要时刻面向处于赤道上空35800公里处的卫星的。”郭强介绍,通过这些专属接收天线,遨游天际的海量数据就可以回到地面,进入早已经过反复测试的流水线,开启变身之旅。

  有了传输回来的海量数据,接下来还要经过纷繁复杂的加工程序。事实上,刚被提取出来的原始数据被称为“零级数据”,看起来杂乱无章,常人是无法分辨出有用信息的。通过处理,“零级数据”将被整合成为一张灰白色的地球图像,就像是人站在卫星上用相机对地球拍出的一张照片。而此次微信启动界面的高清大图,就是由可见光三个通道合成的地球圆盘图。

  国防科工局的专家表示,在轨测试期间,风云四号卫星就已经按捺不住“建功立业”的急切心态:为今年5月份北方地区严重沙尘、6月份的华北特大暴雨、6月底至7月初南方持续降水以及“苗柏”“南玛都”台风等的预警提供了有力支撑;此外,风云四号卫星还在“一带一路”国际合作高峰论坛、第13届全国运动会等重大活动气象保障服务中发挥了重要作用。

  如今,我国风云系列卫星已经达到国外同类卫星的先进水平,被世界气象组织(WMO)列入国际气象业务卫星序列,为全球70多个国家和地区、国内2500家用户提供风云卫星资料。

  据了解,此次微信启动界面换图仅仅持续几天,但我国风云系列卫星将继续蓬勃发展。专家们表示,希望公众借此契机多多关注和支持我国气象卫星的发展。

  国防科工局副局长吴艳华介绍,到2025年,我国还将发射11颗风云气象卫星。越来越多的“风云”卫士将加入观测风雨温湿,预警冰雪雷电的队伍中,守望人间冷暖。

  (本报记者 叶乐峰 袁于飞)

(责编:任志慧、邓楠)