風雲(yun) 三號D星使用上海技物所研製的分辨率光譜成像儀(yi) 獲取的圖像。上海技物所供圖

■本報見習(xi) 記者 辛雨

2021年，我國計劃發射風雲(yun) 四號B星和風雲(yun) 三號E星，“十四五”時期計劃共發射7顆風雲(yun) 衛星。隨著風雲(yun) 衛星家族的不斷壯大，我國天氣預報和氣象災害預警的能力也不斷提升。

我國風雲(yun) 衛星自起步以來，50多年間一步步從(cong) 無到有、從(cong) 小到大、從(cong) 弱到強。如今，我國已成功發射17顆風雲(yun) 衛星，7顆在軌運行。

“風雲(yun) 之路”的輝煌離不開一雙雙“慧眼”——有效載荷，它是氣象衛星的“眼睛”，獲取的數據可生成各種雲(yun) 圖、海麵溫度、植被指數等一係列產(chan) 品。有效載荷的研製水平是決(jue) 定氣象衛星工作性能水平的關(guan) 鍵。中科院上海技術物理研究所（以下簡稱上海技物所）全程參與(yu) 了這17顆衛星有效載荷的研製工作，完成相關(guan) 產(chan) 品研製28台（套），為(wei) 我國空間光電載荷技術發展，以及大氣探測技術實現升級換代和逐步超越國際水平作出了重要貢獻。

從(cong) 無到有

1965年，美國發射了世界上第一顆實用性軍(jun) 用氣象衛星“布洛克”一號，向全球播送數據信息，它的出現揭開了人類準確預測天氣的序幕。

“衛星數據全球播送後，我國開始接收美國氣象衛星輻射計的數據（雲(yun) 圖），發現它在台風預報等方麵獲得了很好的效果。”中國工程院院士、上海技物所研究員龔惠興(xing) 說。

自1970年我國籌謀發展氣象衛星伊始，上海技物所就配合國家氣象局等單位積極進行氣象衛星探測儀(yi) 器的調研、先期部署和研發。按照風雲(yun) 一號的規劃部署，上海技物所負責研製觀測地球氣象狀況的遙感儀(yi) 器——甚高分辨率掃描輻射計（以下簡稱掃描輻射計）。

掃描輻射計進入預研階段，龔惠興(xing) 受命出任研製組副組長，負責技術攻關(guan) ，目標是瞄準當時美國新發射氣象衛星使用的48轉/分鍾掃描輻射計。

就在提交儀(yi) 器設計方案不久，龔惠興(xing) 卻因肝炎住院了。住院大半年後，為(wei) 了研發任務，他不顧身體(ti) 虛弱要求出院工作。

“怕傳(chuan) 染別人，我就一直在辦公樓廁所旁邊的儲(chu) 藏室工作，避免與(yu) 旁人過多接觸。”龔惠興(xing) 告訴《中國科學報》，那時條件雖艱苦，他還是“一根筋”地隻想把儀(yi) 器做出來。

經過7年的預研，掃描輻射計多項參數都已確定。1977年，我國第一顆氣象衛星風雲(yun) 一號進入工程研製軌道。

當年11月，氣象衛星工程大總體(ti) 方案論證會(hui) 召開。就在這時，世界氣象組織發布通告：美國準備從(cong) 1978年起，將新發射氣象衛星信號全部從(cong) 模擬製式改成數字製式，具有5個(ge) 通道，同時將分辨率從(cong) 8000米提高到1000米，數據精度提高64倍。

“這意味著，如果風雲(yun) 一號還按照原來的設計上天，無論從(cong) 數據製式還是數據精度，都不會(hui) 有國家使用它的數據，它便沒有存在的意義(yi) 。”龔惠興(xing) 解釋。

麵對“風雲(yun) 突變”，主持掃描輻射計係統研製工作的中國科學院院士、時任上海技物所研究室主任匡定波當場提出：我們(men) 要提升技術指標。

“做出來容易，往前跨一步比較難。”匡定波向記者解釋，跨出這一步最關(guan) 鍵的技術難題有兩(liang) 個(ge) ：一是提升碲鎘汞探測器性能以適應較高的工作溫度（105K）；二是研製提供碲鎘汞探測器工作溫度的輻射製冷器。

一年後，上海技物所研究團隊還是“啃下了這塊硬骨頭”，超出預期完成任務。

風雲(yun) 一號原本隻設計了3個(ge) 用於(yu) 氣象的觀測通道，為(wei) 提高衛星使用效益，龔惠興(xing) 大膽提出：“可以再加兩(liang) 個(ge) 通道給海洋。”

於(yu) 是，在衛星係統不作改動、原遙感係統僅(jin) 作少量改動的情況下，掃描輻射計增加了兩(liang) 個(ge) 探測通道用於(yu) 海洋水色觀測，使得風雲(yun) 一號兼有氣象和海洋觀測的雙重功能。

1988年，風雲(yun) 一號A極軌氣象衛星成功發射，不僅(jin) 實現了我國氣象衛星從(cong) 無到有的跨越，也讓我國衛星海洋遙感提前起步，填補了國際空間海洋水色觀測的空缺。

“我國氣象衛星很有特色，很有麵子。”匡定波感歎。

從(cong) 小變大

“風雲(yun) 之路”徐徐鋪開。1997年，風雲(yun) 二號A靜止氣象衛星的成功發射，使我國成為(wei) 繼美國、歐盟之後，第三個(ge) 同時擁有極軌和靜止氣象衛星的國家（地區），風雲(yun) 衛星星座初具雛形。

“我這大半輩子，都是在風雲(yun) 衛星上。”在中國科學院院士、風雲(yun) 二號副總設計師陳桂林看來，自己的“風雲(yun) 事業(ye) ”就像一艘駛向大海彼岸的船，絕不回頭。

1984年，陳桂林接到任務：研製風雲(yun) 二號的核心儀(yi) 器——多通道掃描成像輻射計。自此，他開啟了“風雲(yun) 航行”。這個(ge) 過程中說不清遇到過多少“大風大浪”，僅(jin) 在研製的第一階段，就攻克了240多個(ge) 技術難關(guan) 。

當時，國內(nei) 並沒有多通道掃描成像輻射計核心器件波紋管的研製基礎，如果從(cong) 法國進口，需要2000萬(wan) 法郎，可當時整個(ge) 衛星的研製費用才不到1000萬(wan) 法郎。“所以我們(men) 要走自己的路，要自力更生一把。”陳桂林說。

為(wei) 了這個(ge) 波紋管，陳桂林團隊幾乎跑遍了國內(nei) 所有地方，最後在北京找到了一位會(hui) 加工波紋管的師傅，在四川找到了可以製造材料的機器。反複調整試用，經曆3年多，波紋管問題才得以解決(jue) 。

此外，掃描輻射計的升級有諸多難點，有資源和技術限製，人員也短缺。風雲(yun) 二號H星掃描輻射計主任設計師、上海技物所研究員陳福春向《中國科學報》坦言：“很少有人比陳桂林更熟悉輻射計了。”

2017年底，在風雲(yun) 二號H星的一次試驗中出現了一個(ge) 幹擾的多餘(yu) 信號，大家一時難以判斷信號來源。最後，還是陳桂林把試驗流程再走一遍後，找到了信號源頭。

創業(ye) 難，守業(ye) 更難。“0到1的這條路很長，我們(men) 手握成功的接力棒，肩上是必須成功的重擔。”陳福春把每一代掃描輻射計都看作是一個(ge) 新開始。

1986年至今，上海技物所為(wei) 風雲(yun) 二號全係列發射的8顆衛星研發的核心光學載荷多通道掃描成像輻射計，關(guan) 鍵技術指標和產(chan) 品可靠性達到自旋衛星平台同類遙感儀(yi) 器國際先進水平。如今，風雲(yun) 二號向包括非洲東(dong) 部、西亞(ya) 、中亞(ya) 、南亞(ya) 在內(nei) 的諸多國家地區提供氣象資料和信息，為(wei) 提升我國國際影響力作出重要貢獻。

從(cong) 弱變強

氣象衛星是用於(yu) 大氣觀測和生態觀測的功能衛星，測量儀(yi) 器的準確性是它的生命線。在風雲(yun) 一號、二號有效載荷研製經驗的基礎上，我國新一代氣象衛星的技術水平又邁上了新的台階。

2017年11月發射的風雲(yun) 三號D星是我國第二代極軌氣象衛星的第二顆業(ye) 務星，被譽為(wei) 探測全球大氣的“超級慧眼”。與(yu) 風雲(yun) 三號前一顆C星相比，其核心遙感儀(yi) 器的可靠性、穩定性和探測精度都有進一步的提高。

值得一提的是，風雲(yun) 三號D星搭載的中分辨率光譜成像儀(yi) 是世界上首台能夠獲取全球250米分辨率紅外分裂窗區資料的成像儀(yi) 器，可每日無縫隙獲取全球250米分辨率真彩色圖像。“目前為(wei) 止，其他國家的氣象衛星還不能達到這個(ge) 水平。”風雲(yun) 三號紅外高光譜大氣探測儀(yi) 主任設計師、上海技物所研究員顧明劍說。

“衛星儀(yi) 器的更新換代需要反複論證、預演等，從(cong) 工程樣機到工程立項，往往要花10年。”顧明劍告訴《中國科學報》，風雲(yun) 三號D星從(cong) 開始啟動研製到發射僅(jin) 用了四五年。

顧明劍坦言，這其中最大的挑戰是頂住巨大壓力不斷提升儀(yi) 器的研製基礎和元部件的性能。“儀(yi) 器性能從(cong) 追趕到相當，再到超越，要拿出最好的東(dong) 西，最大的力量就是決(jue) 心和堅持。”

2017年9月，風雲(yun) 四號掃描輻射計獲取的全球圖像取代美國宇航局第一張地球全景圖，在微信啟動頁展示。這顆衛星上還搭載了我國氣象衛星的一個(ge) 獨門秘笈——幹涉式大氣垂直探測儀(yi) 。

早在20年前，匡定波就作出判斷：“我們(men) 可以把幹涉儀(yi) 也放到靜止軌道衛星上。”

任務交給了上海技物所研究員華建文。

“說實在的，把輻射計和探測儀(yi) 同時放在一個(ge) 衛星上，挺難的。”華建文告訴記者，美國曾放棄了“一星雙載”的計劃，分別用兩(liang) 顆衛星裝載這兩(liang) 種儀(yi) 器。當時也有人提議：“要不我們(men) 晚一點再上幹涉儀(yi) 吧，這樣技術上會(hui) 比較輕鬆。”

但科學本身就有“風險”，華建文一心想做成這件事。經過反複預演、調整，華建文帶領團隊把理想變為(wei) 了現實。

2016年12月，風雲(yun) 四號A星作為(wei) 國際上首顆同時裝載多通道掃描成像輻射計和幹涉式大氣垂直探測儀(yi) 的高軌氣象衛星，成功發射。在世界上首次實現了靜止軌道高光譜大氣垂直觀測，帶領我國高軌氣象衛星搶占國際競爭(zheng) 製高點。

“最後做出來了，我心裏快活。”華建文笑著說。

“幹一代型號，培養(yang) 一代人。在上海技物所這個(ge) 院子裏，老一輩科學家和青年骨幹們(men) 一步步地實現了將紅外、光電技術應用於(yu) 氣象衛星。”上海技物所所長丁雷說，按照“十四五”規劃，上海技物所將繼續鑽研高精度高定量遙感技術，積極推進風雲(yun) 五號、風雲(yun) 六號核心光學載荷研製，更多更好地服務於(yu) 全國人民和全球大眾(zhong) 。