風雲四號氣象衛星檢視原始碼討論檢視歷史

風雲四號衛星是中國靜止軌道氣象衛星從第一代(風雲二號)向第二代跨越的首發星，也是中國首顆地球同步軌道三軸穩定定量遙感衛星，使用全新研製的SAST5000平台，設計壽命7年。衛星成功突破了代表國際前沿的高精度圖像定位與配准、微振動測量與抑制等20餘項核心關鍵技術，裝載四種先進有效載荷，整體性能達到國際先進水平。2016年12月11日0時11分，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射風雲四號衛星。風雲四號衛星實現了中國靜止軌道氣象衛星升級換代和技術跨越，將對中國及周邊地區的大氣、雲層和空間環境進行高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的觀測，大幅提高天氣預報和氣候預測能力。中國新一代靜止軌道氣象衛星風雲四號2017年9月25日正式交付用戶投入使用，標誌着中國靜止軌道氣象衛星觀測系統實現了更新換代。^[1]

簡介

風雲四號氣象衛星是中國第二代靜止氣象衛星，主要發展目標是：衛星姿態穩定方式為三軸穩定，提高觀測的時間分辨率和區域機動探測能力；提高掃描成像儀性能，以加強中小尺度天氣系統的監測能力；發展大氣垂直探測和微波探測，解決高軌三維遙感；發展極紫外和X射線太陽觀測，加強空間天氣監測預警。風雲四號衛星計劃發展光學和微波兩種類型的衛星。

中國幅員遼闊，國土東西跨度超過60度，隨着中國資源和安全對信息區域擴大的需求，光學星按照東、西雙星進行空間軌道布局（雙星運行），西部星觀測區域覆蓋中國西部、印度洋、紅海和中東地區並西接歐洲，東部星觀測區域覆蓋中國中東部、擴大到廣大太平洋地區。

研製歷程

風雲四號的前期論證從20世紀90年代就已經開始了。「十五」期間，有關部門已經開始進行風雲4號關鍵技術預先研究，自2010年3月立項以來，中國航天科技集團公司承擔研製的風雲四號衛星受到了重量、功耗、壽命、環境等因素的制約，衛星各分系統、各單機研製單位在衛星初樣研製階段的基礎上不斷優化方案、不斷改進設計，已突破圖像導航與配准技術、微振動測量與抑制技術等制約中國高軌高精度遙感衛星平台性能的多項關鍵技術，為中國高軌高精度遙感衛星的跨越式發展奠定了堅實基礎。^[2]

衛星用途

氣象衛星是用於氣象觀測的人造地球衛星。分為太陽同步軌道氣象衛星和地球靜止軌道氣象衛星。前者可以獲得全球氣象信息，後者可以對觀測區域進行連續氣象觀測。星載遙感器主要有可見光和紅外掃描輯射計、微波輻射計、紅外輻射探測儀、紅外分光計等。具有觀測範圍廣、時效性強、數據質量髙、不受自然和地域條件限制等特點。一般為軍民兩用，有的也專門用於軍事目的。

衛星特徵

風雲四號的玄機，可用「七六五四三二一」七個字解釋。

——「七」年設計壽命，近七年自主研製。

2010年3月，中國風雲四號科研試驗衛星工程正式立項。中國航天科技集團公司八院風雲四號衛星系統總師董瑤海說，早前也試圖與歐洲合作，但一個小小的元器件，歐洲人卻開出比整星還貴的天價——「5億元人民幣你要不要？」

航天高技術是買不來的。近七年的鑽研，打造出這顆設計壽命七年的風雲四號，最令董瑤海自豪的是，「所有的核心技術都是自主研發的」。

——「六」面柱體構型。

風雲四號採用六面柱體構型，具有對地面大、質心低等優點，有利於安裝體積更大、數量更多的有效載荷，能讓衛星在太空中更穩定地運行。

——「五」項任務，「體重」超五噸。

風雲四號是發射重量達5.4噸的大衛星，它有五大任務：獲取地球表面和雲的多光譜、高精度定量觀測數據和圖像，獲得高頻次的區域圖像;實現大氣溫度和濕度參數的垂直結構觀測;實現閃電成像觀測;完成衛星圖像、遙感數據及產品分發和災害性天氣警報信息發布;監測太陽活動和空間環境等。

——「四」大有效載荷。

中國航天科技集團公司八院風雲四號衛星工程總師李卿介紹，風雲四號觀天象、測風雲靠的是裝載多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀和空間環境監測儀器包等4個探測載荷。

——「三」軸穩定控制。

與衛星風雲二號採用的自旋穩定控制不同，三軸穩定控制能讓風雲四號在X、Y、Z三個方向上均相對地球保持姿態不動，讓衛星的有效載荷始終對準需要觀測的目標，從而將觀測效率與風雲二號相比提高近20倍。

——「二」代靜止軌道氣象衛星。

中國氣象衛星有極軌和靜止軌道兩個序列。目前，極軌氣象衛星方面，新一代的風雲三號衛星已全面取代風雲一號衛星;靜止軌道氣象衛星中，風雲二號首星發射距今已有19年，作為第二代靜止軌道氣象衛星的首發星，風雲四號為中國靜止軌道氣象衛星的升級換代吹響號角。

——「一」個太陽翼。

為了使衛星上的紅外探測儀不受太陽帆板上產生紅外輻射反射的影響，風雲四號採用了單太陽翼的設計，保證衛星定標精度。

成功發射

2016年12月11日，風雲四號01星搭乘長征三號乙遙42運載火箭在西昌衛星發射中心成功發射。中國靜止軌道氣象衛星升級換代正式拉開序幕。

00時11分04秒，伴隨着地動山搖般的轟鳴聲，火箭烈焰噴涌、騰空而起，劃破墨色長空，向着遙遠的蒼穹進發。

風雲四號01星是中國首顆靜止軌道上三軸穩定的定量遙感衛星，代表着當今氣象衛星最先進水平，在多方面實現了重大技術突破。

與目前業務運行的風雲二號衛星相比，風雲四號01星配備的掃描成像輻射計可見光通道最高空間分辨率由1.25公里提高到500米;時間分辨率提高1倍，可每15分鐘對東半球掃描一次，最快每1分鐘生成一次區域觀測圖像。

重大意義

一是可以更加精確的開展天氣監測與預報預警、數值預報、氣候監測。風雲四號靜止氣象衛星高時空分辨率成像資料、閃電監測資料、大氣三維溫濕度探測資料和空間天氣監測資料將在天氣監測與預報、氣象防災減災、應對氣候變化、生態環境監測、航空和空間天氣等領域得到廣泛應用。如對颱風分析和預報方面，能夠3每分鐘對颱風區域進行觀測，高頻次觀測可提供颱風雲結構及其演變的精細化動態信息，特別是對颱風眼區的監測，可彌補目前在軌衛星雲圖分辨率和時間分辨率不夠高的缺點，為颱風定位、定強提供更可靠更精細的觀測資料。

二是對災害及環境監測、人工影響天氣、支持大氣科學前沿性探索、空間天氣研究提高有力支持。風雲四號靜止軌道氣象衛星的研製與發射，對滿足中國日益增長的天氣預報、氣侯預測和環境監測等方面的迫切需求，保證中國靜止軌道氣象衛星在軌業務運行和應用服務的連續性，迅速提升中國在實時、動態氣象觀測方面的能力。

三是將進一步拓展國際合作，促進開放共享。風雲四號衛星的成功發射，將對有助於提高中國氣象衛星全球觀測能力，為全球觀測系統的發展做出應用的貢獻，同時為「一帶一路」國家戰略的實施提供強有力的支持，顯着提升中國參與全球競爭的能力，增加中國在相關國際活動中的話語權。

重大突破

新技術：在36000公里外「明察秋毫」

如果將太陽同步軌道衛星比喻為圍繞着地球轉動「流動巡邏的警察」，靜止軌道衛星則好比「定點站崗的警察」。風雲四號的「崗位」位於距離地球36000公里的高空，在如此遙遠的太空對地球上風雲變幻「明察秋毫」，得益於成功突破了代表國際先進水平的高精度圖像定位與配准、微振動測量與抑制、定量化遙感等20餘項關鍵技術。

高精度的圖像定位與配准技術，是各國靜止軌道衛星正在全力攻克的關鍵技術之一。這一技術能讓衛星的「眼睛」從幾萬里之外的太空，精準地看到地球上任何想看的地方，並在拼接圖像時做到零誤差。為了突破這一技術，美國曆時11年、經過5顆衛星的持續改進，在GOER-N上才取得突破，在剛剛發射的GOES-R衛星實現了定位精度達到1公里。

中國航天科技集團八院風雲四號研製團隊經過十多年的技術攻關，先後攻克了衛星高精度姿態確定方法、熱變形在軌辨識和建模技術以及姿態、軌道和熱變形補償技術等技術瓶頸，衛星圖像導航配准精度達到「1像元」，即在36000公里高空對地拍照誤差控制在1公里之內，補償效率到達98.8%，與美國剛剛發射的GOES-R衛星相當。

新平台：實現對地球24小時「凝視」

今後，在長達7年的設計壽命期間，風雲四號將接替風雲二號「上崗」，成為全球對地觀測業務衛星序列的重要一員。每天24小時、共計2555天的「執勤」期間，不能有絲毫差錯，更不能「因病請假」，這對衛星「身體素質」提出了極高的穩定性與可靠性要求。

中國航天科技集團八院科研團隊專門為風雲四號「量身定製」了一個角秒級測量和控制精度的高軌三軸穩定衛星平台——SAST5000平台，平台採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案，並採用了雙總線體制、高性能AOS技術、大功率電源、整星防靜電技術、整星防污染技術等一系列關鍵技術，可實現對地球24小時「凝視」。

太陽電池翼是衛星的關鍵部位之一。傳統衛星的太陽翼都是雙翼構型，分布在衛星的兩側，好像兩隻展開的「翅膀」。風雲四號卻只有一側裝有太陽翼，研究團隊專門設計了一款「T」構型的太陽翼，大大縮短了太陽翼質心與衛星的距離。一旦太陽翼發生晃動或抖動，對衛星的干擾將大大減少。

風雲四號上的數管計算機和數據處理器，是衛星數據管理和數據處理的核心部件，相當於整顆衛星的「心臟」，一刻也不能停頓。而風雲四號衛星載荷成像精度高、數據量大，如何確保數據處理器、數傳系統高速穩定運行，且能靈活配置數據路由，將大量數據及時傳回地面，在關鍵時刻不「卡殼」，也是研製團隊面臨的一大難題。

通過不斷討論、驗證，最終採用了SpaceWire和高低速總線相結合的模式，突破了靜止軌道氣象衛星大數據量傳輸的瓶頸。同時採用了嚴格的空間防靜電設計、光學部件的防污染設計、多活動部件的可靠性與壽命設計等，大大提高了衛星的「身體素質」。

新載荷：把地面隔振平台「搬到」太空

風雲四號「最牛」的地方不僅在於搭載了許多先進的觀測儀器，更在於將一種對觀測環境要求極為「嚴苛」的儀器，與其他儀器一起搭載在同一顆衛星上，這就是干涉式大氣垂直探測儀。

干涉式大氣垂直探測儀是一種類似於給大氣「做CT」的先進儀器，但使用起來也極為「嬌貴」。一個細小的振動——哪怕只是在衛星邊上吹一口氣，就會導致產生無法甄別或消除的譜線，使得光譜性能退化。因此，該儀器在地面上使用，需專門為它建造一個超靜隔音的地下室。在開放的太空使用，為了防止其他儀器振動和噪音干擾，歐洲計劃專門為它發射了一顆衛星。

在國際上，風雲四號首次在單星上同時搭載多通道掃描成像輻射計和干涉式大氣垂直探測儀，首次同時實現二維成像觀測和大氣垂直分層三維觀測，實現國外兩顆星達到的功能。

為了克服微振動的影響，研製團隊對風雲四號上的10多個轉動部件的振動特性與傳遞路徑，進行了深入分析和試驗，提出了微振動測量與抑制的方法。並在此基礎上，在國內率先實現了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的工程化，使衛星平台對敏感載荷的振動干擾，降低到0.1mg(用手輕輕擊桌面的振動量級約為300mg)。這相當把地面的隔振平台，直接「搬到」了太空。

國際領先

風雲四號衛星首次使用了全新研製的SAST5000平台，該平台採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案，具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點。實現了高空對地球的24小時凝視，對地觀測時間利用率接近80%，將為穩定的氣象業務觀測提供有效支撐，總體水平達到國際先進。

1.總體水平。風雲四號衛星首次使用了全新研製的SAST5000平台，衛星設計壽命7年，該平台採用六面柱體構型、單太陽翼、三軸穩定控制方案，具有承載能力大、質心低、力學響應小、對地面大等特點。裝載多通道掃描成像輻射計(獲取地球表面和雲的可見光及紅外多光譜、高精度定量觀測數據和高頻次區域圖像)、干涉式大氣垂直探測儀(獲取大氣溫度、濕度垂直結構觀測數據)、閃電成像儀(獲取覆蓋區域內閃電分別圖)和空間環境監測儀器包(監測太陽活動和空間環境)等4個探測載荷。

2.國內比較。風雲四號衛星與風雲二號衛星相比，一是實現了自旋平台到三軸穩定平台，二是從單一載荷到多載荷的轉變，三是掃描輻射計也從5通道增加到14通道，覆蓋3個可見光和11個短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段，通道數量提升近3倍，四是成像時間分辨率提高一倍，單星即可完成風雲二號雙星組網才能實現的15分鐘全圓盤成像，區域觀測能力超過風雲二號，只需3分鐘。

3.國外比較。風雲四號衛星與日本、美國2016年最新發射的葵花九號衛星、GOES-R衛星及歐洲正在研製的MTG等均屬於新一代靜止軌道氣象衛星。與之相比，具有如下特點：一是掃描輻射計技術指標與美國剛剛發射的GOSE-R相當。同時，星上輻射定標精度達到1K、靈敏度0.1K，也就是說，衛星對地面溫度的測量誤差小於1℃，只要發生0.1℃的變化就能感知出來。此外，衛星全圓盤成像時間15分鐘，1000×1000公里區域觀測能力3分鐘，與歐美新一代靜止軌道氣象衛星相當。二是最新研製的干涉式大氣垂直探測儀是國際首次發射。探測儀的探測通道達1700個，可在垂直方向上對大氣結構實現高精度定量探測，大大提高了氣象觀測的能力。三是干涉式大氣垂直探測儀和多通道掃描成像輻射計兩台大型儀器載荷是國際首次集於一顆衛星。兩台載荷均裝有較大慣量的運動部件，同時工作時將對衛星平台產生擾動，國外為滿足成像質量要求，分別裝在兩顆衛星上實現成像觀測和垂直探測，風雲四號衛星平台通過採用圖像配准與導航系統和整星隔震系統，解決了世界性難題，實現了兩台載荷同時工作，達到國際領先水平。四是中國自主研製的閃電成像儀首次在軌應用，填補國內空白。一秒鐘可以拍攝500張閃電圖，探測區域範圍內的閃電頻次和強度，這可以用來實現對強對流天氣的監測與跟蹤，提供閃電災害預警，這也是國內首次應用。^[3]

風雲家族

1969年周恩來總理指示：「要搞我們自己的氣象衛星。」1977年，風雲一號衛星開始研製，拉開了中國風雲系列氣象衛星發展的帷幕。

經過近40年發展，中國成功發射了4顆風雲一號、 7顆風雲二號、3顆風雲三號衛星，形成極軌氣象衛星和靜止軌道氣象衛星兩大系列。極軌衛星圍繞南北極跨越赤道飛行，主要用於天氣預報、生態、環境監測以及氣候變化研究。

風雲衛星是中國自主研發的系列氣象遙感衛星，經過幾十年來氣象科技工作者和航天科技工作者的不懈努力，風雲系列衛星走過了從無到有、從小到大、從弱到強的發展之路，現已成為全球對地觀測業務衛星序列中的重要成員並步入了國際氣象衛星的先進行列。

迄今為止，中國已成功發射了14顆氣象衛星，其中7顆衛星在軌運行，實現了極軌氣象衛星升級換代和上、下午星組網觀測，形成了靜止氣象衛星「多星在軌、統籌運行、互為備份、適時加密」的業務運行格局。

到2025年中國規劃了14顆大氣觀測衛星，包括風雲二號衛星1顆，風雲三號衛星4顆，風雲四號衛星3顆，降水測量雷達衛星2顆，晨昏軌道衛星、靜止軌道微波探測衛星、高精度溫室氣體綜合探測衛星、大氣環境監測衛星各1顆。

正式投入使用

中國新一代靜止軌道氣象衛星風雲四號2017年9月25日正式交付用戶投入使用，標誌着中國靜止軌道氣象衛星觀測系統實現了更新換代。

後續展望

中國氣象局在《中國氣象衛星及其應用發展規劃(2011-2020)》提出中國氣象衛星後續發展需求，2015年10月，《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)》正式發布，規劃明確氣象事業緊密相關的有13顆衛星，其中全新研製的有大氣環境監測星、陸地生態系統碳監測衛星和靜止軌道微波探測星，確保後續業務運行的有3顆風雲三號衛星，2顆風雲四號衛星，1顆晨昏軌道氣候衛星，2顆降水測量雷達衛星，1顆高精度溫室氣體探測衛星和1顆高光譜衛星。

(一)靜止軌道微波探測衛星。將靜止軌道遙感探測的高時效性優勢和微波對雲雨大氣獨具的穿透性探測能力相結合，有力提升對快速變化的颱風、暴雨等災害性天氣系統的監測預警能力，成功發射後將與風雲四號靜止軌道氣象衛星組網運行，將大幅度增強中國對天氣預報，尤其是對降雨預報、氣候預測、自然環境和自然災害監測的能力。

(二)降水雷達測量衛星。實現主動降水測量與被動微波和光學成像遙感相結合，實現降水和雲雨大氣參數遙感探測，獲取融化層高度和厚度信息，為提高降水數值預報的準確率，優化雲微物理參數化方案提高支撐。

媒體聚焦

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壯哉！

風雲四號大國重器！

中國氣象報評論員

12月11日凌晨，代表當今世界氣象衛星最先進水平的「風雲四號」01星成功發射，這標誌着中國靜止軌道氣象衛星升級換代正式拉開序幕。

這是一顆「爭氣星」!從提出設想，到成功發射，歷經21年，是中國歷史上投資最多、研製時間最長、技術難度最大的對地遙感衛星。回望「風雲四號」的發展史，不難看出，這是一段自力更生的歷史、一段攻堅克難的歷史、一段精益求精的歷史。衛星氣象科技工作者從頂層設計之初就對標先進，提出領先國際、跨越發展的更高要求。但以當時的科技實力與水平，攻關團隊面臨的困難相當大。21年來，許許多多衛星氣象科技工作者從青年到中年，從黑髮到白髮，有過迷茫，有過困惑，有過質疑，但他們與其他兄弟部門通力合作，迎難而上，破解一個個難題，一次次從挫折中起步，從失敗中出發，堅定不移、久久為功，終於使中國的氣象衛星實現了跨越式發展，達到了當代國際先進水平。中國工程院院士許健民自豪地說，衛星、地面系統、硬件、軟件等全部為自主研製，國際同行普遍認可中國氣象衛星取得的巨大成就。

這是一件大國重器！「風雲四號」是中國首顆靜止軌道三軸穩定的定量遙感衛星，在多方面實現了重大技術突破：搭載的掃描成像輻射計可見光通道最高空間分辨率由1.25公里提高到500米，時間分辨率提高1倍，可每15分鐘對東半球掃描一次，最快每1分鐘生成一次區域觀測圖像;在世界上首次實現靜止軌道高光譜大氣垂直觀測，觀測能力是現有觀測系統的上千倍，對於提升天氣預報準確率和精細化水平有跨時代意義;搭載的閃電成像儀首次實現中國靜止軌道閃電成像觀測，能為強對流天氣的監測和跟蹤提供觀測手段;解決了多儀器同時工作產生的相互干擾問題，在世界上首次實現對大氣的多手段綜合觀測……

「風雲四號」凝練並承載了中國科技創新成果，是中國國力、科技實力、經濟實力進一步提升的象徵，體現了氣象衛星科學和技術的新進步。21年凝聚出的不僅是一顆衛星，更是那份以全球視野，準確判斷科技突破方向，以科技帶動事業發展的堅強決心;是敢為天下先，勇於挑戰前沿科技，努力服務建設世界科技強國的堅定信心;是百折不撓，砥礪前行，誓要以畢生心血趕超先進、服務國家需求的堅韌初心。

壯哉！「風雲四號」,大國重器！

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