风云三号G星在轨效果图。 新华社发
4月16日，中国在酒泉卫星发射中心成功发射风云三号G星
这是风云气象卫星家族中的第20颗卫星
主要用于灾害性天气系统强降水监测，提供全球中低纬度地区降水三维结构信息
这是继美国、日本联合发射专用降水测量卫星之后国际上第三颗发射的主动降水测量卫星
全球降水测量卫星家族首添“中国造”
自此，我国成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜四条近地轨道民用气象卫星的国家。
作为中国首颗降水测量专用星，这颗卫星有哪些“独门绝技”?将如何在轨工作?
独门绝技
“CT扫描”
搭载首套“空中雨量计”
降水是全球水循环中的重要过程，降水量多少和降水的时空分布变化会极大地影响人们的生活。关于降水资料的获取，传统上主要通过雨量计、地基雷达等手段，但由于地面设备配置数量有限且分布不均，难以获取大范围高空间分辨率的地面降水信息。
风云三号G星搭载了中国首套“空中雨量计”——双频降水测量雷达，同时具备雷达观测分辨率高和卫星观测范围广的优势。
这意味着，风云三号G星具备自上而下获取三维结构信息的能力，就如同对大气降水进行“CT扫描”，以获得精细的降水立体结构信息。
具体而言，卫星通过向大气发射无线电磁波信号，接收大气中不同高度层的降水粒子反射信号，获取垂直方向不同高度层的降水结构信息，实现对垂直方向的降水探测。同时，卫星利用雷达跨轨方向的扫描能力，实现对水平方向的降水探测。
另辟蹊径
采用特别的低倾角轨道
风云三号G星的运行轨道高度为407千米，是风云气象卫星家族史上“飞得最低”的成员。目前，低轨卫星大多采用太阳同步轨道，轨道倾角略大于90度，风云三号G星则采用倾角为50度的低倾角轨道，是中国首颗低轨非太阳同步倾斜轨道气象专用星。
为何不走寻常路?因为它的主要观测对象是大气中的降水现象，全球降水主要发生在地球的中低纬度地区，为了集中时间做重要的工作、提高降水观测的时效性，风云三号G星选择了“不走寻常轨道”。
专家指出，太阳同步轨道上的卫星每圈都会经过地球的南北极，对极区观测效率较高，但对中低纬度地区观测效率偏低。而风云三号G星主要用于观测大气降水现象，根据全球降水分布，其运动范围需集中在中低纬度之间。采用低倾角轨道可以更好地覆盖中国台风降水密集区域，提高观测频次和预报精度。
“千里眼”
微波成像可预测台风
为了进一步提升对台风、暴雨等灾害性降水的高精度观测，除了双频降水测量雷达外，卫星还搭载了一台全新升级的仪器——微波成像仪。
微波成像仪通过探测不同频率谱段下物体对外辐射信号强度差异来获取大气、陆地、海洋表面等观测对象的信息，再转变为海面风速、海冰分布、地表温度、大气降水、土壤湿度等与人们生活息息相关的物理参数，最后形成多维图像。作为气象领域的“千里眼”，升级后的微波成像仪可以接收地球大气10GHz到183GHz的微波辐射能量，获取台风内部温湿结构、台风强度、台风影响区雨强等关键信息，预测台风未来发展情况，对台风暴雨“精准把脉”。
“为世界提供全球中低纬地区降水三维结构信息，因此我们也称它为‘降水星’。”国家卫星气象中心副主任、风云三号极轨卫星地面系统总指挥张鹏说。
自动掉头
正飞倒飞灵活切换
当然，这样的选择也是需要付出“代价”的。运行于低倾角轨道也使风云三号G星面临不断变化的光照条件，太阳会定期出现在轨道面的两侧，在一段时间内，太阳照射卫星的左侧面，过一段时间，太阳又会照射卫星的右侧面。为了避免外部环境“冷热不均”，航天科技工作者们为风云三号G星量身定制了一套“自动掉头”工作模式。为了维持稳定的热环境，卫星可在3分钟内完成“自动掉头”，实现正飞和倒飞的灵活切换，使卫星始终以同一侧面面向太阳。
当太阳光从轨道面的一侧运动到另一侧时，风云三号G星将自动旋转、前后掉头，从而确保始终以同一个侧面面向太阳。这样，无论太阳在什么位置，风云三号G星的外部热环境都相对稳定，从而保障该卫星上搭载的仪器始终处于稳定的温度区间、能够正常运转。
技术攻关
可自由跟踪太阳方向
如今，位于非太阳同步轨道上的风云三号G星，在407公里的太空中自由翱翔，两个太阳能板如同它的翅膀，使其能游刃有余地持续获取太阳能量。风云三号G星地面系统总设计师谷松岩表示，此前，如何解决卫星跟踪太阳方向的问题让研制人员很是头疼，如今已全部在降水星上彻底解决。
数据同步压缩至3小时
此外，风云三号G星运行时并不经过南北极，无法借用南北极的卫星接收站的数据中转功能，如果仅靠国内卫星地面站来接收降水星的监测资料，可能需要16个小时才能完成数据同步，这根本无法满足降水天气应用的时效需求。怎么办?又一难题摆在眼前。
“最后，我们通过中继技术实现了数据传输，将数据获取时间从16小时压缩到3小时内，这也是民用卫星首次使用中继技术开展业务数据传输。”谷松岩解释，当降水星飞过中继卫星时，把观测数据及时上传至中继卫星，中继卫星再将数据传到地面站，这相当于把南北极卫星接收站放到了天上的中继卫星上，从而使数据获取时效达到预期效果。
“我们还将福建、上海、海南等地的省级遥感卫星地面站纳入国家级站网布局，扫除海上、山区等部分地区地基观测的盲区，以最快速度实现降水星的监测资料对我国沿海等地区降水产品制作的支持。”谷松岩说。
风云家族
“兄弟合力”
打破自己创下的纪录
中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之一。在中国“风云卫星家族”中，“风云一号”和“风云三号”属于极轨气象卫星，可以获取全球观测数据；“风云二号”和“风云四号”属于地球静止轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以获取中国及周边区域的连续动态观测数据。
风云三号G星的哥哥——风云三号E星(简称:“黎明星”)于2021年发射。风云三号E星是中国“风云卫星家族”的第19颗卫星，也是全球首颗民用晨昏轨道气象卫星。
风云三号E星发射后，加上此前发射的风云三号C星、D星，中国成为全球首个实现“晨昏轨道、上午轨道、下午轨道”三星组网运行的国家。
此番，风云三号G星一来，中国“风云卫星家族”自己创造的纪录又被自己打破了——风云三号G星发射后，将与C星、D星和E星进行在轨组网观测，使中国成为全球唯一同时运行“上午、下午、晨昏、倾斜”四条近地轨道气象卫星的国家。
星座体系
我国8颗风云卫星在轨运行
今年8月，我国还将发射风云三号F星(上午星)，后续风云三号H星、I星、J星也在紧锣密鼓布置中，预计到2026年前后，风云三号将形成由两颗降水星(风三G星和I星)和5颗业务极轨气象卫星(风三D星、E星、F星、H星、J星)组成的星座体系，届时风云三号气象卫星将形成星座体系下主被动微波联合探测降水业务能力。
目前，我国共有8颗风云气象卫星在轨业务运行，正持续为全球126个国家和地区提供数据产品和服务。
来源:新华社 央视 中新
整合:易福红 杨存海
