近日，隨長征十一號海射運(yùn)載火箭“一箭七星”成功發(fā)射入軌的捕風(fēng)一號A、B星，是此次發(fā)射的主要“乘客”。它們的成功入軌，將提升我國對海面風(fēng)場的探測能力，令臺風(fēng)預(yù)報(bào)監(jiān)測別具“慧眼”。記者走進(jìn)它們的研制大本營——中國航天科技集團(tuán)五院，采訪研制團(tuán)隊(duì)，揭秘捕風(fēng)一號的多項(xiàng)技能。
海面測風(fēng)有難題
捕風(fēng)一號A、B星由中國航天科技集團(tuán)五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制，它們是中國航天科技集團(tuán)五院研制發(fā)射的第270顆、第271顆航天器。
“它們能通過一雙‘慧眼’，在500余公里的高空，準(zhǔn)確測量海面風(fēng)場信息，從而實(shí)現(xiàn)對臺風(fēng)的預(yù)報(bào)。”捕風(fēng)一號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師白照廣告訴記者，通過此次發(fā)射，我國實(shí)現(xiàn)了利用衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行海面風(fēng)場探測零的突破，對今后臺風(fēng)預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。
對海面風(fēng)場的監(jiān)測，以往雖有相關(guān)技術(shù)手段，但都存在一定的不便。比如氣象預(yù)報(bào)經(jīng)常使用衛(wèi)星云圖來測量海風(fēng)，但這種方式測出的是位于云層頂端的風(fēng)，與云層之下、海水之上的風(fēng)存在一定誤差。
再如，通過衛(wèi)星載荷——像散射計(jì)等，主動向海面發(fā)射微波信號來測量海面風(fēng)場。但這樣一來，衛(wèi)星不僅重量偏大，要形成實(shí)時監(jiān)測海面風(fēng)場的星座群更是代價高昂，況且還對監(jiān)測每秒50米以上的海風(fēng)無能為力。
捕風(fēng)一號懷絕技
什么樣的技術(shù)，能夠令千里之外的衛(wèi)星化身捕風(fēng)“千里眼”？白照廣表示，在人們眼中，風(fēng)固然無形無影。但在衛(wèi)星眼中，海面風(fēng)場可以通過導(dǎo)航反射信號來“顯形”，這就是捕風(fēng)一號A、B星的絕技。
近年來，隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的拓展與成熟，為海面風(fēng)場探測提供了新的技術(shù)可能。利用導(dǎo)航反射信號對反射面的物理特性和參數(shù)進(jìn)行反演已成為各國新的研究熱點(diǎn)。白照廣表示，部分歐美發(fā)達(dá)國家已發(fā)射過相關(guān)衛(wèi)星，利用導(dǎo)航信號實(shí)現(xiàn)對海面高度、海浪、海風(fēng)、海冰、移動目標(biāo)等的探測。
為什么導(dǎo)航信號能“不務(wù)正業(yè)”，成為海面風(fēng)場探測的好幫手？專家解釋，導(dǎo)航信號傳遞到海面后，會發(fā)生鏡面反射。風(fēng)平浪靜與風(fēng)急浪高所形成的反射信號具有明顯差別。
“有風(fēng)時，反射信號會隨著海浪出現(xiàn)一段一段的變化。風(fēng)越大，信號變化越劇烈。通過分析時延多普勒功率圖像，利用不同參數(shù)間的比例關(guān)系，可以反演出海面風(fēng)速數(shù)據(jù)。”白照廣說，導(dǎo)航衛(wèi)星的L波段，具有良好的大氣穿透性，可全天實(shí)現(xiàn)對海面風(fēng)場的信息探測，并可通過多星組網(wǎng)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對極端臺風(fēng)天氣的“精準(zhǔn)”預(yù)報(bào)。
技術(shù)進(jìn)步亦可期
捕風(fēng)一號A、B星背后，有著衛(wèi)星研制方多年來的技術(shù)攻關(guān)。中國航天科技集團(tuán)五院透露，兩顆衛(wèi)星雖是首次開展利用導(dǎo)航反射信號進(jìn)行海風(fēng)探測的研究，但此前已進(jìn)行了相關(guān)原理可行性研究與試驗(yàn)驗(yàn)證。
“多年前，我們中國航天科技集團(tuán)五院西安分院的專家，就啟動了導(dǎo)航反射信號技術(shù)載荷的攻關(guān)。”白照廣表示，相關(guān)載荷曾搭載在飛機(jī)上，進(jìn)行海上探測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有效性。
在衛(wèi)星用戶服務(wù)上，制造商航天東方紅衛(wèi)星有限公司首創(chuàng)“交鑰匙”模式，即不僅研制發(fā)射衛(wèi)星，還聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢單位開展數(shù)據(jù)處理與標(biāo)校工作，為終端用戶提供“打包式”服務(wù)。獲得數(shù)據(jù)初級產(chǎn)品的用戶，不必自行進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的大量推演，就能較為方便地“查看”海風(fēng)。
捕風(fēng)一號的升空，并不是終點(diǎn)。由于導(dǎo)航衛(wèi)星的特性，捕風(fēng)衛(wèi)星監(jiān)測到的風(fēng)場點(diǎn)是離散的，因此需要繼續(xù)構(gòu)建多星星座。而采用被動監(jiān)測工作模式的捕風(fēng)衛(wèi)星具有低成本特性，重量也較輕，適合構(gòu)建多星星座。
“我們將逐步構(gòu)建捕風(fēng)衛(wèi)星星座，多顆衛(wèi)星協(xié)同觀測，實(shí)現(xiàn)更大范圍、更高精度甚至準(zhǔn)實(shí)時監(jiān)測全球范圍內(nèi)的海面風(fēng)場，更加精準(zhǔn)地預(yù)警臺風(fēng)。”白照廣介紹，五院還將繼續(xù)發(fā)掘?qū)Ш叫盘栁⒉ㄟb感技術(shù)的應(yīng)用潛力，不斷增強(qiáng)中國衛(wèi)星的技術(shù)實(shí)力。
