本報(bào)訊　(首席記者許琦敏)　去年底發(fā)射升空的我國(guó)第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)A衛(wèi)星昨天（2月26日）首次進(jìn)入地影，自從升空后，有效載荷就已順利開機(jī)，陸續(xù)傳回大量氣象探測(cè)數(shù)據(jù)，星上設(shè)備經(jīng)受住了第一輪太空中巨大溫差變化的嚴(yán)酷考驗(yàn)。

記者從中科院上海技術(shù)物理研究所獲悉，該所研制的多通道掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀在衛(wèi)星上同時(shí)運(yùn)行，也經(jīng)受住了考驗(yàn)，并在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了高時(shí)效的對(duì)地三維大氣探測(cè)。

干涉式大氣垂直探測(cè)儀是國(guó)際上第一臺(tái)在地球靜止軌道衛(wèi)星上運(yùn)行的紅外高光譜設(shè)備。據(jù)項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師丁雷副所長(zhǎng)介紹，該儀器相當(dāng)于把實(shí)驗(yàn)室的高精度分析儀器放到了3.6萬千米以外的軌道上，以光線干涉方式，對(duì)地面目標(biāo)實(shí)施大氣垂直分布剖面的長(zhǎng)期連續(xù)探測(cè)。在長(zhǎng)波紅外和中波紅外波段，更是可以實(shí)現(xiàn)1500個(gè)以上細(xì)分光譜的探測(cè)，這相當(dāng)于給大氣做超過1500層的精細(xì)“立體CT”。它為人類深入研究大氣對(duì)流，更精細(xì)預(yù)測(cè)災(zāi)害性天氣，提供了新的可能。

世界氣象組織空間計(jì)劃衛(wèi)星事務(wù)資深咨詢專家蒂爾曼·莫爾表示，風(fēng)云四號(hào)的載荷已與日本、美國(guó)、歐洲和韓國(guó)最先進(jìn)的靜止氣象衛(wèi)星水平相當(dāng)，“國(guó)際氣象界都在迫切盼望使用這種新型數(shù)據(jù)”。

與1997年升空的風(fēng)云二號(hào)相比，風(fēng)云四號(hào)的多通道掃描成像輻射計(jì)也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的代際跨越。它每15分鐘就可以對(duì)地球圓盤掃描成像一次，還新增高速區(qū)域掃描功能，能以最快30秒獲取一張圖的速度，對(duì)100萬平方公里范圍進(jìn)行多光譜密集觀測(cè)。而且，“風(fēng)云四號(hào)采用不同于以往自旋方式的架構(gòu)，這需要儀器能夠適應(yīng)極大的溫差變化。”項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師王淦泉說，這是世界級(jí)難題，歐洲空間局就因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)難度太大而未敢在業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星上嘗試。

據(jù)悉，儀器的每一組鏡頭都由40多個(gè)鏡片組成，而它們的變形誤差必須小于1微米。即使在地面上，一陣輕風(fēng)吹過或在旁邊打個(gè)手機(jī)，都會(huì)影響它的精度。上海技物所的科研人員對(duì)儀器進(jìn)行了巧妙熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主動(dòng)溫控精度可以達(dá)到士0.1℃，能在-130℃到150℃的劇烈溫差下穩(wěn)定工作。

通過近20年的努力，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后破解了亞秒級(jí)指向精度的碳化硅雙掃描鏡二維掃描機(jī)構(gòu)研制技術(shù)、高靈敏度面陣探測(cè)器技術(shù)、甚長(zhǎng)波紅外探測(cè)技術(shù)等技術(shù)難題，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白，實(shí)現(xiàn)了所有核心技術(shù)自主研發(fā)，成功打造出新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星的兩只“中華慧眼”。

“中華慧眼”實(shí)現(xiàn)代際跨越

■本報(bào)首席記者　許琦敏

太空中，剛從太陽的炙烤中鉆入地影，去年年底發(fā)射上天的風(fēng)云四號(hào)靜止軌道氣象衛(wèi)星上，兩臺(tái)完成代際技術(shù)跨越的儀器———新一代掃描成像輻射計(jì)、干涉式大氣垂直探測(cè)儀，經(jīng)受住了太空中巨大溫差變化的殘酷考驗(yàn)，源源不斷地下傳遙感數(shù)據(jù)。

地面上，他們的研制者———中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所風(fēng)四載荷團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們，長(zhǎng)長(zhǎng)松了口氣。15年的堅(jiān)持與付出。首席科學(xué)家華建文說，這輩子能夠啃下這塊讓美國(guó)、歐洲都知難而退的硬骨頭，值了!

離地面3.6萬公里的地球靜止軌道上，這對(duì)嶄新的“中華慧眼”正傳回大量“中國(guó)數(shù)據(jù)”。其中部分?jǐn)?shù)據(jù)是國(guó)際氣象界迫切期望使用的，除了中國(guó)的風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星，目前沒有任何一顆在軌衛(wèi)星能夠提供。

當(dāng)別人放棄時(shí)，我們堅(jiān)持

“沒有輻射計(jì)，就不是風(fēng)四；沒有探測(cè)儀，就不是中國(guó)的風(fēng)四?！鄙虾＜嘉锼彼L(zhǎng)、探測(cè)儀主任設(shè)計(jì)師丁雷這句話所指的，是十幾年前，中科院院士匡定波力排眾議，支持研制干涉式大氣垂直探測(cè)儀的魄力。

1997年風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星剛上天，下一代風(fēng)云衛(wèi)星就已開始規(guī)劃?？锒úㄌ岢?，應(yīng)該發(fā)展干涉式大氣垂直探測(cè)儀。這種利用傅立葉變換原理的探測(cè)儀，可以為大氣做“超級(jí)CT”———把大氣從地面開始“切片”，將100公里大氣切成上千層，測(cè)出每一層的溫度、濕度等數(shù)值，為災(zāi)害性天氣監(jiān)視和大氣化學(xué)成分探測(cè)服務(wù)。

“比如青藏高原的冷空氣下沉，并流向東部，抬升那里的熱空氣。這個(gè)變化過程原來主要是理論推測(cè)，沒有實(shí)際觀測(cè)到過?！倍±渍f，而探測(cè)儀獲得的數(shù)據(jù)可能讓人類首次真切“看”到這個(gè)過程。

這是遙感領(lǐng)域紅外光譜技術(shù)的一場(chǎng)革命。早先，美國(guó)、歐洲都在朝這個(gè)方向努力，但到2006年，由于技術(shù)難度過大、所需經(jīng)費(fèi)太多，美國(guó)放棄了，歐洲也大幅調(diào)整了計(jì)劃。

中國(guó)要不要繼續(xù)？

2001年回國(guó)來到技物所的華建文，在2005年底已帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)調(diào)出了紅外干涉信號(hào)，原理樣機(jī)初步成功?？锒úㄕf：“盡管這塊骨頭很難啃，但只要把儀器送上天，就是邁出成功的第一步。”

國(guó)際同行公認(rèn)，探測(cè)儀“切片數(shù)”達(dá)到1000，是衡量探測(cè)質(zhì)量的分水嶺。“我們非但要做，而且把目標(biāo)定在了1500層，這幾乎是一個(gè)夢(mèng)想數(shù)值?！倍±渍f，既然要啃硬骨頭，就挑最難的嘗試。

如今，當(dāng)中國(guó)的探測(cè)儀開始提供全球獨(dú)家的數(shù)據(jù)時(shí)，美國(guó)的研發(fā)隊(duì)伍尚未重新聚集，歐洲的儀器還要等到2022年才能發(fā)射升空。

“當(dāng)別人放棄時(shí)，我們堅(jiān)持；做成功了，就領(lǐng)先世界。”華建文說，過去中國(guó)向國(guó)外衛(wèi)星要數(shù)據(jù)，現(xiàn)在是國(guó)際氣象界迫切需要中國(guó)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)了。

為一顆星做一輩子，我愿意

光譜通道從5個(gè)拓展到14個(gè)；可見光空間分辨率從1.25千米提高到500米；地球全圓盤成像時(shí)間從30分鐘提高到15分鐘，未來還可繼續(xù)提高到5分鐘以內(nèi)……隨風(fēng)云四號(hào)上天的掃描輻射計(jì)，與風(fēng)云二號(hào)上的儀器相比，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的代際跨越。

成像輻射計(jì)的掃描機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)拍攝點(diǎn)的精度有多高？主任設(shè)計(jì)師王淦泉說，相隔一個(gè)足球場(chǎng)的距離，在一邊放上成排的1萬枚針孔僅0.04平方毫米的細(xì)針，在另一邊用掃描機(jī)構(gòu)的鏡子反射激光穿過小孔，可以準(zhǔn)確穿過9997個(gè)。

為了精確評(píng)價(jià)掃描鏡的這個(gè)精度指標(biāo)，王淦泉整整想了12年。無法檢測(cè)校準(zhǔn)，又怎知儀器是否達(dá)標(biāo)？2014年的一天，他偶然看到資料，有一種設(shè)備可以達(dá)到在千分之一秒內(nèi)測(cè)出0.1角秒的誤差?？蓢?guó)內(nèi)只有一兩家單位可能具備這種技術(shù)，但精度能否滿足掃描鏡的測(cè)試需求，卻是未知。

他花了一年多時(shí)間，往返于北京、西安等地，不斷與相關(guān)科研人員溝通，促成對(duì)設(shè)備的改進(jìn)，終于做出了可以檢測(cè)掃描鏡動(dòng)態(tài)精度檢測(cè)的儀器。

面對(duì)這么多從未挑戰(zhàn)過的技術(shù)難關(guān)，漫長(zhǎng)的研發(fā)周期考驗(yàn)著科研人員的定性。一般衛(wèi)星的研發(fā)周期是4-6年，但具備高精度定量應(yīng)用特征的氣象衛(wèi)星的研發(fā)周期卻長(zhǎng)達(dá)十幾年。一代氣象衛(wèi)星往往要先后發(fā)射好幾顆，從第一顆到最后一顆上天，又有好幾年，再加上在軌運(yùn)行的維護(hù)任務(wù)———這輩子真的就只夠做這一批星了。

項(xiàng)目推進(jìn)困難重重，團(tuán)隊(duì)里的年輕人來了又走了，卻仍有不少人一直堅(jiān)持著。探測(cè)儀團(tuán)隊(duì)的“元老”之一王占虎動(dòng)過離開的念頭，甚至還去應(yīng)聘新工作，可想到做夢(mèng)都想調(diào)出的第一束紅外干涉信號(hào)，最后一刻還是留了下來?！叭ツ晏綔y(cè)儀隨風(fēng)四升空，從此感覺天空中多了一個(gè)親戚?！彼f，“為一顆星做一輩子，我愿意?！?/P>

衛(wèi)星載荷帶民企一起“上天”

航天器能做多好，取決于一個(gè)國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)。即使科學(xué)家能夠設(shè)計(jì)出最新的載荷，如果關(guān)鍵器件沒有廠家能夠加工，仍舊是畫餅。

項(xiàng)目開始之初，研發(fā)團(tuán)隊(duì)就飽嘗此中艱辛。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，載荷中需要一些激光器、分光計(jì)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)找不到這些器件，他們發(fā)出100多封郵件，全球?qū)ふ疫@些產(chǎn)品?？墒牵?dāng)外方了解到具體參數(shù)后，就回絕了技術(shù)合作的要求，或者以沒有“銷售許可證”為由，不愿賣產(chǎn)品。

自己設(shè)計(jì)，自己研制，他們開始在國(guó)內(nèi)尋找合作企業(yè)。有一種名叫鋁基碳化硅的材料，跟鋁一樣輕，熱脹冷縮形變又小，導(dǎo)熱性能還特別好，但比鋁硬3倍，非常適合做風(fēng)云四號(hào)這種熱環(huán)境復(fù)雜、輕量化程度要求高的衛(wèi)星載荷的結(jié)構(gòu)件?？捎捎诩庸だщy，一直沒用上。

2009年，國(guó)內(nèi)終于有企業(yè)能夠加工這種材料。他們馬上找到這家企業(yè)，和它一起改進(jìn)技術(shù)，最終研制出了國(guó)內(nèi)首套鋁基碳化硅掃描機(jī)構(gòu)框架，并成功應(yīng)用在兩臺(tái)載荷中。現(xiàn)在，這個(gè)行業(yè)已面對(duì)國(guó)內(nèi)廣泛的應(yīng)用。

感應(yīng)同步器中的碼盤是關(guān)鍵部件，掃描儀和探測(cè)儀能夠?qū)崿F(xiàn)高精度“指哪打哪”，它起著舉足輕重的作用。達(dá)到航天要求的產(chǎn)品，國(guó)際上也只有一兩家能做，一聽說產(chǎn)品精度這么高，他們都一口回絕。

最后，科研人員輾轉(zhuǎn)在常熟找到了一家民營(yíng)企業(yè)。這家廠的主人，退休前是昆明機(jī)械廠的總工程師，曾參與過國(guó)家組織的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。不過，這家民企研制航天高可靠產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)不足。研制人員幾乎手把手幫著解決可靠性問題，最終研制出了滿足航天要求的國(guó)內(nèi)最高精度的感應(yīng)同步器。

碳纖維編織材料、特種檢測(cè)設(shè)備、長(zhǎng)壽命高性能潤(rùn)滑脂……15年，風(fēng)四團(tuán)隊(duì)通過項(xiàng)目，帶動(dòng)了多家民營(yíng)企業(yè)技術(shù)升級(jí)。“盡管民企沒有航天產(chǎn)品的管理體系，質(zhì)量跟蹤非常累?！比A建文說，“但看到自己的技術(shù)和業(yè)務(wù)引導(dǎo)，讓這些行業(yè)得到改變，這種成就與滿足感，不亞于衛(wèi)星上天?！?/P>