中科院成功研制干涉式大氣垂直探測儀 實現(xiàn)代紀跨越

【亞洲儀表網(wǎng)】近日，據(jù)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、干涉式大氣垂直探測儀在衛(wèi)星上同時運行，也經(jīng)受住了考驗，并在國際上率先實現(xiàn)了高時效的對地三維大氣探測。

中科院成功研制干涉式大氣垂直探測儀 實現(xiàn)代紀跨越

去年底發(fā)射升空的我國第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星風云四號A衛(wèi)星2月26日首次進入地影，自從升空后，有效載荷就已順利開機，陸續(xù)傳回大量氣象探測數(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酷考驗。

干涉式大氣垂直探測儀是國際上第一臺在地球靜止軌道衛(wèi)星上運行的紅外高光譜設(shè)備。據(jù)項目主任設(shè)計師丁雷副所長介紹，該儀器相當于把實驗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，對地面目標實施大氣垂直分布剖面的長期連續(xù)探測。在長波紅外和中波紅外波段，更是可以實現(xiàn)1500個以上細分光譜的探測，這相當于給大氣做超過1500層的精細“立體CT”。它為人類深入研究大氣對流，更精細預(yù)測災(zāi)害性天氣，提供了新的可能。

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

與1997年升空的風云二號相比，風云四號的多通道掃描成像輻射計也實現(xiàn)了技術(shù)的代際跨越。它每15分鐘就可以對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100萬平方公里范圍進行多光譜密集觀測。而且，“風云四號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。”項目主任設(shè)計師王淦泉說，這是世界級難題，歐洲空間局就因為該設(shè)計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，一陣輕風吹過或在旁邊打個手機，都會影響它的精度。上海技物所的科研人員對儀器進行了巧妙熱結(jié)構(gòu)設(shè)計，主動溫控精度可以達到士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)團隊先后破解了亞秒級指向精度的碳化硅雙掃描鏡二維掃描機構(gòu)研制技術(shù)、高靈敏度面陣探測器技術(shù)、甚長波紅外探測技術(shù)等技術(shù)難題，填補了多項國內(nèi)空白，實現(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”實現(xiàn)代際跨越

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

地面上，他們的研制者———中國科學院上海技術(shù)物理研究所風四載荷團隊的科學家們，長長松了口氣。15年的堅持與付出。首席科學家華建文說，這輩子能夠啃下這塊讓美國、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，這對嶄新的“中華慧眼”正傳回大量“中國數(shù)據(jù)”。其中部分數(shù)據(jù)是國際氣象界迫切期望使用的，除了中國的風云四號氣象衛(wèi)星，目前沒有任何一顆在軌衛(wèi)星能夠提供。

當別人放棄時，我們堅持

“沒有輻射計，就不是風四;沒有探測儀，就不是中國的風四。”上海技物所副所長、探測儀主任設(shè)計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儀的魄力。

1997年風云二號衛(wèi)星剛上天，下一代風云衛(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儀。這種利用傅立葉變換原理的探測儀，可以為大氣做“超級CT”———把大氣從地面開始“切片”，將100公里大氣切成上千層，測出每一層的溫度、濕度等數(shù)值，為災(zāi)害性天氣監(jiān)視和大氣化學成分探測服務(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。這個變化過程原來主要是理論推測，沒有實際觀測到過?！倍±渍f，而探測儀獲得的數(shù)據(jù)可能讓人類首次真切“看”到這個過程。

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