三十年“风云”路上精益求精——上海技物所攻关风云二号卫星纪实

作者:上海市宇航学会 来源:网络 2015-05-18 00:00
       4月29日,风云二号G星经过4个月的在轨测试,正式交付用户中国气象局投入业务运行。国防科工局局长许达哲说:“G星各项功能和性能指标满足研制总要求。卫星有多项技术改进和提升:观测精度进一步提高,寿命由3年提高到4年,汛期观测间隔大幅缩短,空间环境监测性能也大幅提升。”
       风云二号G星是风云二号03批三颗卫星中的第二发星,采取自旋稳定方式,设计工作寿命为4年。上海技物所承担了核心光学载荷扫描辐射计的研制。扫描辐射计包括1个可见光和4个红外通道,可以实现每半小时获取覆盖地球表面约三分之一的全圆盘图像。并且具备灵活区域的、高时间分辨率的加密扫描能力,能够针对台风、强对流等灾害性天气进行重点区域的6分钟加密观测,加密观测资料已在应对突发气象灾害及提高防灾减灾能力方面发挥了重要作用。
       风云二号G星成功投入业务运行是我国气象卫星发展的新阶段,也标志着上海技物所的气象卫星光学载荷研制水平实现了新跨越。这是技物所老、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。
试验队员专心比对指标
代卫星一代人
       对风云二号气象卫星光学仪器的研发和制造,上海技物所已坚持了30年。期间,我国静止轨道气象卫星实现了从无到有、从弱到强,实现了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,实现了卫星在轨稳定、超寿命运行。这些成就标志着我国气象卫星事业步入了国际气象卫星先进行列。成功的背后亦承载着广大科研人员的苦心钻研。两代技物所人以一股执着追求奋勇向前的精神,实现了跨台阶的提高。
       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在应用一起,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年就开始静止卫星光学有效载荷研制的策划与预先研究。科研人员从“白手起家”开始,经历学习、调研、思考,到引进、消化、吸收,再到实现技术改进、创新和自主发展。
       然而,科学研究的道路并非一帆风顺。1994年4月2日,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,离爆炸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重大打击。事故发生后3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。仅仅用了两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。
       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、关重部件的提高,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3个增加到5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3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和进一步提高了后光路中主要光学部件的温度遥测分辨率。这3项改进措施有效提高了风云二号G星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。
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30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,而且很难预测结果的项目,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,陈桂林夜以继日,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。
       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,他眼睛看不见就用放大镜,一根线一个接点,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。08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行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,在地面上出现从另一面而言是好事,否则问题到了天上对产品是灭顶之灾。”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,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、敢于和善于攀登科技高峰的过程。
仰望苍穹 更上层楼
       风云二号是我国已投入业务使用的地球同步轨道气象卫星,30多年来经历了3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、周边约廿个国家与地区卫星图像接收站接收与应用,在国内、国际都具有一定影响。
       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都有上台阶的提高。02批与01批相比,增加了2个红外探测波段,具有可见、中波、水汽、长波红外等5个光谱波段。新增的两个红外波段就像两双眼睛,一双“眼睛”——“长波红外”,“盯梢”夏季突发性强对流天气很管用,暴雨、台风、龙卷风都在它眼皮底下;另一双眼睛——“中波红外”,擅长捕捉沙尘、大雾和火灾的路径,在林区救火时有大用场。其他国家为了增加中波红外观测通道,对卫星动了“大手术”,或升级型号或放大卫星尺寸。能在第一代静止气象卫星上实现中波红外波段观测,就相当于用肉眼看见黑夜里远方的微光,全世界仅此一家!至2015年,风云二号气象卫星已发射了6颗,产品质量和性能不断提高。探测波段从3个增加到了5个,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。风云二号气象卫星性能和质量的提高过程,是上海技物所科研人员顽强拼搏、敢于和善于攀登科技高峰的过程,更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。
       当前,第二代地球静止轨道气象卫星风云四号也进入了工程研制的关键阶段。风云四号气象卫星的性能,特别是在垂直探测能力和短期灾害性天气预报能力上,将比风云二号气象卫星有更大的提高。其中的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。这是技物所几代人的光荣和梦想、更是技物所人的责任。
       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。我国是世界上少数几个同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的国家,气象卫星领域是我国最有希望率先从跟跑升级为并跑、甚至领跑的领域之一。上海技物所正在为我国的航天遥感技术早日达到世界先进水平而努力。
已有2035人阅读