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1969年1月，由於(yu) 強冷空氣侵襲，長江、黃河流域出現了嚴(yan) 重的冰淩災害，造成我國大範圍通信、交通中斷，美國氣象衛星監測到了這一災害天氣。1969年1月29日，周恩來總理在接見中央氣象局（中國氣象局原名）等單位的代表時指示，一定要采取措施，改變落後麵貌，應搞我們(men) 自己的氣象衛星。從(cong) 此拉開了中國氣象衛星研製的序幕。

撰文 | 董瑤海、陳文強、楊軍(jun)

風雲(yun) 氣象衛星的發展是我國改革開放、科技發展的一個(ge) 縮影。通過50多年來航天人和氣象人堅持不懈的奮鬥和自主創新，氣象衛星已成為(wei) 現代氣象業(ye) 務和國民經濟建設中必不可少的科技支撐。風雲(yun) 氣象衛星觀測資料為(wei) 氣象、海洋、農(nong) 業(ye) 、林業(ye) 、水利、航空、航海和環境保護等領域提供了大量的公益性、專(zhuan) 業(ye) 性和決(jue) 策性服務，產(chan) 生了巨大的社會(hui) 效益和經濟效益。如今，風雲(yun) 氣象衛星已成為(wei) 我國民用遙感衛星效益發揮最好、應用範圍最廣的衛星之一。

中國氣象衛星的發展曆程

我國從(cong) 20世紀70年代開始研製氣象衛星，至今已經發展到第二代。其中風雲(yun) 一號衛星為(wei) 中國第一代極地軌道氣象衛星，風雲(yun) 二號衛星為(wei) 中國第一代地球靜止軌道氣象衛星，風雲(yun) 三號衛星和風雲(yun) 四號衛星分別為(wei) 中國第二代極地軌道氣象衛星和地球靜止軌道氣象衛星。

我國自1988年9月7日發射第一顆氣象衛星—風雲(yun) 一號極地軌道氣象衛星以來，經過30多年的發展，已成功發射“2代4型”極地軌道和地球靜止軌道共19顆氣象衛星，截至2021年10月，共有8顆氣象衛星在軌穩定運行。極地軌道氣象衛星和地球靜止軌道氣象衛星組成了中國氣象衛星監測係統，實現了組網觀測業(ye) 務化。中國成為(wei) 繼美、歐之後世界上同時擁有兩(liang) 種軌道氣象衛星的國家，是世界氣象組織天基綜合對地觀測網的重要支柱。

目前超過2700個(ge) 國內(nei) 用戶及120多個(ge) 國家和地區接收與(yu) 利用風雲(yun) 氣象衛星資料。風雲(yun) 氣象衛星被世界氣象組織列入國際氣象衛星序列，是全球氣象觀測的主力衛星。

我國氣象衛星從(cong) 無到有、從(cong) 弱到強，實現了從(cong) 跟跑國外衛星到並跑再到部分領跑的跨越，現已具備高低軌組網的全球觀測能力，且綜合性能達世界先進水平。

第一代極地軌道氣象衛星

1970年我國決(jue) 定發展第一代極地軌道氣象衛星，衛星研製任務由剛剛組建的上海航天基地承擔。1977年，國家氣象衛星方案論證會(hui) 在上海召開，從(cong) 此中國氣象衛星的新紀元開啟了。我國第一代氣象衛星的研製可謂白手起家，經過10多年的攻關(guan) ，1988年風雲(yun) 一號A星成功發射。

風雲(yun) 一號A星是一顆高1.2m，長、寬各為(wei) 1.4m的長方體(ti) ，左右兩(liang) 塊太陽電池翼被打開以後，其跨度為(wei) 8.6m。衛星重750kg，在901km高的太陽同步軌道上運行。衛星攜帶多光譜可見光紅外掃描輻射儀(yi) ，它有5個(ge) 通道，用於(yu) 獲取晝夜可見光、紅外雲(yun) 圖、冰雪覆蓋、植被、海洋水色、海麵溫度等，性能與(yu) 當時的美國第三代極地軌道氣象衛星相當。風雲(yun) 一號A星入軌運行不久，發現儀(yi) 器散發出的水汽對紅外探測器產(chan) 生汙染，性能指標下降。該衛星升空39天後便發生了意外，衛星遭遇強烈的太陽活動，星上計算機被太陽高能粒子擊中發生翻轉，傳(chuan) 回的圖像發生扭曲，衛星姿態沿飛行方向嚴(yan) 重偏轉；地麵控製中心無法控製衛星姿態，風雲(yun) 一號A星最後徹底失控，消失在茫茫太空之中。

風雲(yun) 一號B星於(yu) 1990年9月3日用長征四號火箭發射升空，采取了汙染防護設計和防護措施，衛星在軌圖像質量良好，超過預期。姿態控製係統相比於(yu) 風雲(yun) 一號A星有明顯改善，但係統的可靠性設計存在缺陷，在軌正常運行165天後，星載計算機突發故障造成衛星姿態失控，經過連續75天的搶救後恢複正常工作。但是星載計算機受到空間環境的影響，工作不穩定，衛星斷續工作至1991年11月，在軌累計正常運行285天。

風雲(yun) 一號A星和風雲(yun) 一號B星讓我國航天工作者第一次認識到光學遙感儀(yi) 器汙染、在軌空間環境影響及係統可靠性等一係列前所未有的困難。風雲(yun) 一號C星汲取經驗教訓，經過了一係列改進，衛星探測性能、空間環境適應性和係統可靠性都大幅提高。風雲(yun) 一號C星於(yu) 1999年5月10日發射，設計壽命2年，在軌穩定運行並超期服役至2004年6月，開啟了中國氣象衛星長壽命、高可靠、連續穩定業(ye) 務化運行的新紀元。風雲(yun) 一號D星於(yu) 2002年發射，在軌穩定運行10年。

風雲(yun) 一號C星憑借其優(you) 越的性能和穩定性，榮獲2001年國家科學技術進步一等獎；被列為(wei) 20世紀末中國三大事件之一，銘刻在中華世紀壇上。2000年8月，世界氣象組織將風雲(yun) 一號C星納入全球應用氣象衛星序列，成為(wei) 全球綜合對地觀測係統（GEOSS）的重要成員。風雲(yun) 一號C星與(yu) 歐美國家的氣象衛星一起，形成了對地球大氣、海洋和地表環境的全天候、立體(ti) 、連續觀測的衛星觀測網，大大增強了人類對地球係統的綜合觀測能力。

相比於(yu) 國外，我國氣象衛星事業(ye) 起步較晚，為(wei) 盡快追趕國際氣象衛星觀測先進水平，我國航天工作者和氣象工作者共同努力，提出了氣象衛星研製“小步快跑”的發展理念。具體(ti) 來講，就是摒棄國外同一代衛星狀態完全一致的理念，讓我國的同一代衛星中每顆衛星相比前一顆衛星都進行性能提升，用一代4顆星的發展追趕歐美極地軌道5代衛星的發展成果。風雲(yun) 一號C星及D星性能指標相比A星及B星大幅提升，遙感儀(yi) 器觀測波段由5波段提高至10波段，波段數增加了一倍；衛星壽命要求由1年提高至2年，性能指標全麵達到當時的國際先進水平。

麵對成績，我國的航天人和氣象人的目光並沒有停留於(yu) 此。隨著我國經濟社會(hui) 的快速發展，風雲(yun) 一號衛星上裝載的遙感儀(yi) 器已無法滿足氣象現代化的需求，於(yu) 是發展我國第二代極地軌道氣象衛星的議案又擺在大家麵前。“裝備一代、研製一代”，在研製風雲(yun) 一號衛星的同時，第二代極地軌道氣象衛星論證開啟了。

第一代地球靜止軌道氣象衛星

我國第一顆地球靜止軌道氣象衛星風雲(yun) 二號A星於(yu) 1997年6月10日發射成功，至今已成功發射了8顆風雲(yun) 二號衛星。

風雲(yun) 二號衛星首次實現了“多星在軌、統籌運行、互為(wei) 備份、適時加密”運行模式。雙星聯合由單星的30min獲取一幅地球全圓盤圖像縮短到15min，每6min進行一次中國區域觀測，提高了使用效率，有力提升了對中國全境的氣象綜合監測能力，為(wei) 我國和世界氣候監測及天氣預報提供了實時動態資料。

風雲(yun) 二號衛星裝載的主要有效載荷—多通道掃描輻射計是一台光學遙感儀(yi) 器。它利用衛星自西向東(dong) 的自旋運動和輻射計望遠鏡自北向南的步進，實現對地球的二維觀測，具有可見光、紅外和水汽等5個(ge) 波段，可同時對地球大氣現象和快速變化情況進行實時、連續的觀測和監視，每天獲取28幅20°×20°範圍的地球全景圓盤圖；在（汛期）加密觀測下，每天可以獲取雲(yun) 圖48時次（全景圓盤圖28幅、北半球圖20幅）；可按靈活機動業(ye) 務需求以5～6min/幅頻次掃描我國及周邊區域雲(yun) 圖。

風雲(yun) 二號衛星在全球氣象衛星觀測網中占有重要的位置。過去，對整個(ge) 東(dong) 亞(ya) ，特別是對印度洋、青藏高原區域的衛星觀測是很薄弱的。風雲(yun) 二號衛星定位於(yu) 105°E，其位置決(jue) 定了它是整個(ge) 地球觀測係統中不可或缺的一部分，它獲得的觀測資料對國際的氣象界乃至地球科學界都有貢獻。在世界氣象組織的空間計劃中，風雲(yun) 二號衛星被列為(wei) 骨幹氣象衛星，承擔全球天氣和氣候觀測的義(yi) 務。

風雲(yun) 二號衛星發射曆程

風雲(yun) 二號衛星的業(ye) 務化應用，為(wei) 氣象、海洋、農(nong) 業(ye) 、林業(ye) 、水利、航空、航海、環保等領域提供了大量的公益性和專(zhuan) 業(ye) 性服務，已被世界氣象衛星組織納入國際業(ye) 務應用氣象衛星序列，成為(wei) 全球天基綜合觀測係統的重要組成部分，可為(wei) 世界各國用戶提供服務。

1997年6月我國成功發射第一顆地球靜止軌道氣象衛星後，2004年10月19日和2006年12月8日，我國又分別成功發射了風雲(yun) 二號C星和D星，首次實現了“雙星運行、互為(wei) 備份”，實現了地球靜止軌道氣象衛星的業(ye) 務化運行。其中，風雲(yun) 二號C星及地麵應用係統還榮獲2007年度國家科技進步一等獎。

風雲(yun) 一號衛星和風雲(yun) 二號衛星的發射成功，結束了我國氣象預報衛星數據長期依賴國外衛星的曆史。從(cong) 此，我國成為(wei) 同時擁有極地軌道和地球靜止軌道兩(liang) 個(ge) 係列氣象衛星的國家。

第二代極地軌道氣象衛星

2000年9月，國家批準風雲(yun) 三號衛星立項。經過長達8年的研製，中國第一顆第二代極地軌道氣象衛星風雲(yun) 三號A星於(yu) 2008年5月27日成功發射，風雲(yun) 三號B星也於(yu) 2010年11月5日成功發射，風雲(yun) 三號A、B兩(liang) 顆試驗星的成功發射和運行標誌著中國第二代氣象衛星全麵進入業(ye) 務運行階段，風雲(yun) 三號衛星完全接替了風雲(yun) 一號衛星的對地氣象觀測任務。此後我國分別於(yu) 2013年9月、2017年11月、2021年7月發射了風雲(yun) 三號的C星、D星、E星。

風雲(yun) 三號A星的質量為(wei) 2298.5kg，采用三軸穩定姿態控製方式，搭載有可見光紅外掃描輻射計、紅外分光計、微波溫度計、微波濕度計、中分辨率光譜成像儀(yi) 、微波成像儀(yi) 、紫外臭氧總量探測儀(yi) 、紫外臭氧垂直探測儀(yi) 、地球輻射探測儀(yi) 、太陽輻射監測器和空間環境監測器共11台有效載荷，有90多種探測通道，可以不分白天黑夜，對任何氣象環境進行探測。每天可對全球掃描2次，每次掃描幅寬為(wei) 2900km。衛星上攜帶的垂直探測儀(yi) ，可以對地表以上30km範圍內(nei) 的大氣進行立體(ti) 觀測，大大增強了氣象預報的精細水平和準確率。

風雲(yun) 三號 A 星創造的諸多第一

全球首顆民用晨昏軌道氣象衛星風雲(yun) 三號E星（也稱黎明星）於(yu) 2021年7月5日發射，運行在830km太陽同步晨昏軌道上空，迎著黎明為(wei) 全球提供氣象觀測數據。它的發射填補了我國晨昏軌道氣象衛星技術空白，與(yu) 風雲(yun) 三號C星、D星實現“上午軌道、下午軌道和晨昏軌道”三星組網觀測。風雲(yun) 三號E星搭載的風場測量雷達實現了全球海麵風場探測；攜帶的太陽觀測儀(yi) 器，實現了對空間天氣擾動的源頭—太陽的成像觀測。

風雲(yun) 三號極地軌道氣象衛星的技術指標達到了歐美最新一代氣象衛星水平，實現了從(cong) 二維遙感成像到三維綜合大氣探測，從(cong) 單一光學探測到全波段寬波譜探測，從(cong) 千米級觀測提高到百米級觀測，從(cong) 國內(nei) 組網接收到全球組網接收的多項跨越。風雲(yun) 三號衛星在監測大範圍自然災害和生態環境，研究全球環境變化、氣候變化規律和減災防災等方麵發揮了重要作用；同時也可為(wei) 航空、航海等部門提供全球氣象信息。世界氣象組織已將其納入新一代世界極地軌道氣象衛星網。

風雲(yun) 三號衛星是我國第二代極地軌道氣象衛星，可在全球範圍內(nei) 實施全天候、多光譜、三維、定量探測，主要為(wei) 中期數值天氣預報提供氣象參數，並監測大範圍自然災害和生態環境，同時為(wei) 研究全球環境變化、探索全球氣候變化規律、航空航海提供氣象信息。

第二代地球靜止軌道氣象衛星

2016年12月11日零時11分，在西昌衛星發射中心，長征三號乙運載火箭成功發射風雲(yun) 四號A星。風雲(yun) 四號A星是我國地球靜止軌道氣象衛星從(cong) 第一代（風雲(yun) 二號衛星）向第二代跨越的首發星，也是我國首顆地球靜止軌道三軸穩定定量遙感衛星。

風雲(yun) 四號A星使用全新研製的SAST5000平台，設計壽命7年。它具備對地“多光譜二維成像+高光譜三維探測+超窄帶閃電探測”的氣象要素實時綜合觀測能力，同時具備對空間粒子、輻射和磁場等空間天氣的觀測能力。多通道掃描成像輻射計可15min獲取一幅14波段地球圓盤圖像，可見光空間分辨率最高為(wei) 500m，紅外空間分辨率為(wei) 2～4km；紅外最高靈敏度0.1K，定標精度優(you) 於(yu) 1K，達到國際同類型載荷先進水平。幹涉式大氣垂直探測儀(yi) 采用邁克爾遜幹涉儀(yi) ，實現1650個(ge) 通道的紅外輻射探測，全球首次從(cong) 地球靜止軌道獲取高頻次的大氣溫度和濕度垂直分布信息，在軌實測光譜分辨率0.625cm-1，輻射定標精度優(you) 於(yu) 1.5K，光譜定標精度優(you) 於(yu) 10×10-6。閃電成像儀(yi) 可以以500幀/秒高頻次獲取閃電探測數據，實時星上開展閃電事件探測，與(yu) 地基觀測數據比對，實現對雷暴係統的實時、連續監測和跟蹤。輻射計、探測儀(yi) 、閃電儀(yi) 在軌實現聯合觀測強對流聚集伴隨明顯的天氣事件，輻射計觀測到的強對流雲(yun) 細微結構和紋理特征，與(yu) 閃電事件、探測儀(yi) 晴空區域感測數據聯合，對區域性災害天氣提前預警，提高強對流天氣、災害天氣的預報精度具有重要價(jia) 值。風雲(yun) 四號A星綜合探測能力達到國際先進部分領先水平。

風雲(yun) 四號A星投入使用後，我國更加精確地開展了天氣監測與(yu) 預報預警、數值預報、氣候監測。衛星裝載的閃電成像儀(yi) 1s能拍500張閃電圖，探測區域範圍內(nei) 的閃電頻次和強度，在國內(nei) 首次提供閃電預警。輻射計每3min對台風區域進行觀測，彌補了在軌衛星雲(yun) 圖時間分辨率不高的缺點，對災害及環境監測、人工影響天氣、空間天氣研究等提供了有力支撐。

2021年6月3日，我國成功發射風雲(yun) 四號B星，風雲(yun) 四號A、B兩(liang) 顆衛星實現了更為(wei) 靈活的雙星組網觀測，帶來高頻次天氣觀測能力的躍升。風雲(yun) 四號B星在國際上首次實現了地球靜止軌道250m空間分辨率、中小尺度（2000km×2000km）1min頻次觀測，為(wei) 強對流天氣監測、重大活動氣象保障提供了高頻次、高清晰度的觀測數據。人們(men) 看到風雲(yun) 四號B星雲(yun) 圖後都不禁感歎道：“地球從(cong) 未如此清晰。”

縱觀國際，風雲(yun) 四號衛星帶領中國高軌氣象衛星趕超歐美，搶占國際製高點，在世界上首次實現了地球靜止軌道的大氣垂直探測，大幅提高了天氣預報準確率和精細化水平，同時其圖像定位精度達到了國際一流水平。

作者簡介

董瑤海

上海航天技術研究院科技委常委、型號總設計師，主要從(cong) 事氣象衛星的研製與(yu) 發展戰略研究工作。曆任我國風雲(yun) 三號、風雲(yun) 四號氣象衛星總設計師，主持第二代極軌氣象衛星和地球靜止軌道氣象衛星的研製工作。“新世紀百千萬(wan) 人才工程”國家級人選，首屆上海青年科技英才。獲國家科技進步獎一等獎1項、二等獎1項，省部級獎勵及榮譽7項。

陳文強

上海航天技術研究院科技委型號總指揮，主要從(cong) 事氣象衛星的研製和項目管理工作。曆任我國風雲(yun) 二號氣象衛星副總指揮、風雲(yun) 四號氣象衛星總指揮，完成多顆風雲(yun) 二號氣象衛星以及風雲(yun) 四號A、B氣象衛星的研製、發射任務。獲國家科技進步獎一等獎1項，省部級獎勵及榮譽1項。

楊軍(jun)

中國氣象局工程辦公室主任、工程總師，風雲(yun) 氣象衛星工程常務副總指揮，衛星氣象學委員會(hui) 主任委員長期從(cong) 事風雲(yun) 氣象衛星及應用發展研究。國家“百千萬(wan) 人才工程”人選。獲國家科技進步獎一等獎1項、二等獎1項，省部級獎勵及榮譽8項。

本文經授權節選自《星耀中國：我們(men) 的風雲(yun) 氣象衛星》（人民郵電出版社，2022年8月版）第四章《氣象衛星的“前世今生”》。

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