兩項「防抖」神技 助力風雲四號成為最佳「攝影師」

原題：為讓風雲四號成為最佳「攝影師」，上海航天攻克兩項「防抖」神技

廣闊的海洋、多彩的陸地、巍峨的山脈、甚至細小的河流也清晰可見。2月27日，我國第二代靜止軌道氣象衛星風雲四號雲圖正式發布。這些精美的雲圖是如何「拍」出來的？

平時我們要想拍出美美的照片，首要的條件就是相機要好，高清單反最佳，同時還要具備必要的拍照技術。在36000公里遙遠太空中的風雲四號衛星對地球拍照也是一樣，而且它懸在空中，沒有「三腳架」，還要拍出地球的高清美照，這絕對不是件容易的事。在使用「超靜音」新平台和國際先進新載荷的同時，更離不開兩項防抖神技：圖像定位配准和微振動抑制。

給衛星載荷對地掃描進行導航

日常拍照中，手中鏡頭微小的抖動可能不易被察覺。但在36000公里以外的高空，衛星載荷「鏡頭」即使發生肉眼不能察覺的微小偏差，所觀測到地面上的觀測點也可能相差幾十甚至上百公里。也就是說，如果圖像定位與配准做不好，就無法精確捕捉颱風、沙塵暴等動態天氣變化的信息。

由於是一顆高精度定量遙感衛星，不能像我們平時用普通大面陣CCD相機拍照，它只能用響應高度一致的小規模探測進行「拍照」。所以，懸浮在太空中的風雲四號衛星在36000公里對地拍照，不是一次按下快門拍出來的，而是載荷掃描機構帶著反射鏡把一個拍照的小視場像一個小刷子一樣移動，用15分鐘把整個地球一點點「刷」完，最後形成圖片。「刷」的過程中，由於受衛星姿態、軌道和熱變形的影響，「刷子」的路徑可能會變歪，如果沒有一定的修正技術，拍出來的圖片就會不準確。在風雲四號衛星上，這項修正技術就是圖像定位與配准技術。

「衛星圖像定位與配准技術就是給載荷對地掃描的過程進行導航，就好比我們日常開車用GPS導航，只不過一個是給車輛導航，另一個是給載荷『視線』導航。」上海航天技術研究院風雲四號圖像定位與配准主任設計師呂旺用GPS導航類比圖像導航配准原理，「一旦掃描路徑偏離預期，系統自動發現並校正，有效控制圖像的位置偏差和抖動。」通過風雲四號衛星的研製，我國成為世界上繼美國之後第二個掌握靜止氣象衛星圖像定位與配准技術的國家。

給「嬌貴」載荷坐上超級「軟沙發」

風雲四號衛星的四個高解析度載荷中，有一個能給大氣做「CT」的干涉式大氣垂直探測儀。干涉式大氣垂直探測儀「嬌貴」到什麼程度？「幾乎是在衛星邊上吹一口氣形成的振動，就會誘發乾涉儀動鏡傾斜，導致分析光譜產生『鬼線』或者無法預知的譜線。」上海航天技術研究院風雲四號結構系統副主任設計師申軍烽說，這樣掃描出的大氣垂直結構CT圖可能就會「鬼影重重」，好比手抖時拍出來的照片，模糊不清。

「在風雲四號衛星預研階段的一次載荷試驗中，因為試驗現場有人說話，致使圖像質量大受影響。」申軍烽回憶。要把這「嬌貴」的儀器搬到天上去，而且衛星在軌運行過程中，每分鐘幾千轉的飛輪、載荷探測機制用的「壓縮機」、掃描鏡等活動部件都會產生振動干擾。

2010年，隨著風雲四號衛星立項，微振動對敏感載荷性能影響逐漸成為了衛星重要風險項目之一。上海航天技術研究院509所副所長周徐斌帶隊，查閱上千份文獻，最後從唯一能獲得的一張簡圖和一段語焉不詳的話開始，理清了微振動問題的主要內容和技術難點。風雲四號衛星給載荷坐上超級「軟沙發」的微振動隔振系統設計方案，逐漸形成。

「軟沙發」想法很好，但要變成現實難度不小，它既要能抗得住火箭發射過程大過載超重，又能滿足在軌失重以及各種空間熱、輻照等環境下的使用。為了把設計方案轉化到工程應用，微振動團隊解決了一系列工程難題，攻克了振源微振動控制技術，並發明了一個非線性變剛度阻尼緩衝裝置，終於成功研製出適用於衛星的微振動隔振系統。

為了不影響研製進度，在專門的微振動試驗間的條件沒有完全建成前下，微振動研製團隊每次做試驗都選擇在半夜，並且要清場，關閉空調，拔掉電話線。在靜得讓人發慌發困的絕對安靜環境中幾小時幾個小時的不停試驗，他們不敢說話，甚至不敢隨意走動，生怕自己一不小心成為意外的微振動源頭，影響測試數據。

最終，他們終於摸清了衛星10餘個轉動部件的振動特性與傳遞路徑，實現了振源隔振裝置和有效載荷隔振裝置的工程化，星上微振動抑制到1mg以下，相當於手輕拍桌面形成振動的三百分之一，敏感頻段更是控制到0.1mg水平，解決了精密遙感的圖像抖動問題。

(作者：劉錕)

AI有話說：

央視天氣預報的收視率不知道漲了沒有？(=?ω?=)