中科院七大載荷助力風雲三號D星觀測「風雲」

11月15日凌晨，我國在太原衛星發射中心成功發射風雲三號D氣象衛星，衛星順利進入預定軌道。風雲三號D星設計壽命5年，是我國第二代極軌氣象衛星風雲三號的第4顆衛星，可實現全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感。該衛星共搭載了10台（套）遙感探測儀器，其中7台（套）由中國科學院研製。

在這10台（套）先進的遙感探測儀器中，除微波溫度計、微波濕度計、微波成像儀、空間環境監測器和全球導航衛星（GNOS）掩星探測儀等5台繼承性儀器外，紅外高光譜大氣探測儀、近紅外高光譜溫室氣體監測儀、廣角極光成像儀、電離層光度計為全新研製、首次上星搭載。此外，核心儀器中解析度光譜成像儀進行了大幅升級改進，性能顯著提升。

中科院上海技術物理研究所升級改進出中解析度光譜成像儀Ⅱ型，並全新研製了紅外高光譜大氣探測儀。中解析度光譜成像儀Ⅱ型是此次衛星搭載的核心光學儀器，可與美國最新發射的聯合極軌氣象衛星的成像儀器相媲美，有望成為國際上最先進的寬幅成像遙感儀器之一。該載荷是在風雲三號前三顆星配置的兩台成像儀器——掃描輻射計和中解析度光譜成像儀的基礎上升級而來，新增了6個紅外通道以及地面解析度可達250米的紅外分裂窗通道，儀器定標精度和探測靈敏度指標全面提高。研製團隊在高靈敏度探測、全譜段星上實時定標提高定量化性能、多光路低溫光校等技術上實現新的創新和進步，載荷可以通過250米可見光近紅外通道每日無縫隙獲取全球真彩色遙感圖像，並可成為世界上首台獲取全球250米解析度長波紅外分裂窗區資料的成像儀器。它可實現雲、氣溶膠、水汽、陸地表面特性、海洋水色等大氣、陸地、海洋參量的高精度定量反演，為我國生態治理與恢復、環境監測與保護提供科學支持，為全球生態環境、災害監測和氣候評估提供中國觀測方案。紅外高光譜大氣探測儀的「新」主要體現在：採用目前國際最先進的動鏡式傅里葉干涉探測技術，實現對地氣系統的高光譜解析度紅外觀測。通過60毫米有效大口徑、每秒4輻的快速光譜探測，可以在3.92微米到15.38微米紅外光譜波段範圍的1370個通道均實現0.625波數的探測能力，對大氣進行分層精細觀測。它可使我國大氣溫度和大氣濕度廓線反演精度在現基礎上提高1倍以上，接軌國際先進水平。研製團隊在實現高精度甚長波紅外多元探測的同時，首次在國內實現中波波段銻化銦材料光伏探測器的高性能航天應用；此外還實現了儀器研製和用戶預處理的協同研究，有效提升了儀器定量化水平。

中科院國家空間科學中心承擔了微波濕度計、GNOS掩星探測儀、空間環境監測器、電離層光度計4台主載荷的研製任務。微波濕度計是風雲三號氣象衛星的重要載荷，探測全球大氣溫濕度分布、颱風、暴雨等災害性天氣現象，對中長期數值天氣預報和全球氣候變化研究具有重要作用。風雲三號C、D星微波濕度計是A、B星的升級換代產品，在國際上首次採用了下視方式118GHz進行對地觀測，實現了溫度和濕度的同步觀測，探測數據被植入歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）預報模式，與歐洲、美國的衛星一同在全球氣象服務中發揮主導作用。空間環境監測器用於監測衛星軌道空間的質子和重離子、高能電子，實測粒子引起的輻射劑量效應、表面電位效應等，開展空間環境及其效應的綜合探測，通過提供空間天氣監測信息，為航天器安全保障服務。D星空間環境監測器採用了新型感測器並進行了設計改進，進一步降低了雜訊干擾，提高了測量精度。GNOS掩星探測儀在風雲三號C星在軌運行超過四年的基礎上，探測能力顯著提升，精密定軌精度、掩星觀測數據質量和數量均達到國際先進水平，將為我國數值天氣預報業務系統提供高時效、高質量的掩星數據產品，同時將有效改善全球掩星觀測數據嚴重不足的現狀。電離層光度計是我國首次在衛星上開展電離層全天候探測的定量化光學遙感載荷，可實現電離層電子密度TEC、峰值電子密度及O/N2的在軌實時監測。該載荷靈敏度高，在探測電離層小尺度擾動方面有極大優勢。電離層光度計工作波段在遠紫外波段，這也是我國首次在軌開展相關波段的探測，探測到的遠紫外輻射強度將有力填補我國現有大氣背景輻射資料庫。

中科院長春光學精密機械與物理研究所全新研製的廣角極光成像儀是全球首台從空間獲取遠紫外波段、高時間解析度、大空間範圍極光圖像的遙感儀器。它由大視場範圍遠紫外波段離軸反射多層膜光學系統、遠紫外波段光子計數成像探測器、大運動範圍掃描機構和電子學系統組成，可以對地球極區產生的140至180nm輻射進行高靈敏度、大範圍成像，獲取極光形態隨時間和空間變化過程。廣角極光成像儀在軌運行後，將在高磁緯地區實現每2分鐘一幅130°×130°大範圍的極光圖像，星下點空間解析度10公里，可以監視極光邊界位置、電離層全局圖像和沉降電子分布，實現極光強度和範圍、極區沉降粒子變化的現報，進而開展磁暴預報、磁層亞暴預報和極區電離層空間天氣預報。

風雲三號D星將與2013年9月發射成功的風雲三號C星進行組網觀測，進一步提高大氣探測精度，增強溫室氣體監測、空間環境綜合探測和氣象遙感探測能力，促進氣象衛星綜合應用水平的提升，為促進生態文明建設、國家綜合防災減災和「一帶一路」建設等提供重要支撐。中科院研製的七大載荷無疑將在未來發揮重大作用。

11月15日2時35分，我國在太原衛星發射中心用長征四號丙運載火箭，成功將風雲三號D氣象衛星發射升空，衛星順利進入預定軌道。新華社發 張宏偉 攝

風雲三號衛星有效載荷（圖片來源：中國氣象局）

來源：中國科學院國家天文台 中國科學院上海技術物理研究所 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

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