不经历风雨，怎么见彩虹｜对话许健民院士：任何事情都不是一蹴而就的
1969年，周恩来总理提出来要发展我们自己的卫星。
2018年6月5日21时07分，我国风云二号H星在西昌卫星发射中心发射成功。从1997年6月10日风云二号A星发射成功至今，风云二号静止气象卫星为中国和周边地区的天气预报提供了宝贵的卫星观测数据。
嘉宾：中国工程院院士 许健民
为了在静止轨道上实现对地观测，国家卫星气象中心地面系统团队经历了十分艰苦的长达三十多年的研发历程。
一
形势的改变、局面的突破，是通过高质量完成一系列重要工作实现的。工作做到家，才有希望走出困境。
气象卫星系统的研发，从规划到空间段再到地面段，需要十几年的工作。中国的气象卫星，在规划阶段就面临卫星观测体制如何选择的问题。这样的选择，既要考虑卫星对地观测的效果，也要考虑气象卫星科研团队的科研积累。
科研团队所遇到的第一个问题就是卫星姿态稳定方式，究竟应该选择什么样的体制。是三轴稳定还是自旋稳定？
三轴稳定理论上是最合理高效的卫星观测体制，风云四号A星就是选用三轴稳定体制支持了多个仪器协同对地球成像。其好处是卫星一直在对着地球看，观测效率和质量更高。但是，要实现这样的对地观测，卫星平台本身必须控制得非常精准，才有可能实现。
在规划风云二号的时代，国内外航天技术和工程经验的积累还难以做到、因此美国欧洲中国日本都选取能最快建立观测能力的自旋稳定卫星平台用于静止轨道气象卫星系统。
所以，研发团队经过反复讨论，选择了自旋稳定观测体制。
虽然自旋稳定观测体制相对来说较为简单，但也不容易实现。当时，国家卫星气象中心风云二号地面系统副总师李希哲经过反复调研之后提出了一个方案，来实现在自旋卫星扫描观测过程中，扫描仪的观测区域能精准地对准地球，并且使图像能够精确配准。
这个方案用太阳作为参照物，来控制卫星的扫描仪开机时间，使得每条扫描线里面都包含了地球的影像，并且相邻的扫描线互相精确配准，卫星始终可以精准对准地球。类似的工作在美国的气象卫星上，是用硬件来实现的，而我国气象卫星科研团队在风云二号气象卫星上是用软件来实现的，其精度不亚于美国。
风云二号B星上天后，气象卫星科研团队发现，地球圆盘图的影像还不够圆，这是因为卫星对准北半球、赤道、南半球不同纬度地方的时候，卫星旋转的速度有微小的差别。
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许健民：坚持把有问题的资料搜集下来
时任国家卫星气象中心风云二号地面系统副总师张青山提出了一个补偿方案。通过这个方案补偿了由于卫星自转角速度引起的微小变化造成的地球圆盘影像不够圆的问题。
他们两人的工作使得卫星所观测到的图像很接近实际地球影像。下面的问题就是把不同时间观测到的图像组成动画，让它重现地球上云的发展演变过程。
这时，气象卫星科研团队发现，又一个棘手的问题出现了。当把图像连接起来的时候，图像有抖动。这就意味着图像的定位出了问题。
二
原因是什么呢？
静止轨道卫星距离地球3万6千公里，这个距离相当于地球半径的6倍，相当于月球到地球距离的十分之一。
“那么远！如何才能看清地球上的图像呢？所以，这真是个难度特别大的事情。”许健民说，这项工作在当时对于我国来说是难题，对于美国、日本也是一样的艰难。
“当时的中国气象局局长邹竞蒙对我说，一颗卫星要花费几个亿，寿命只有3年，如果卫星发上去了，地面系统做不好、用不好，相当于国家每天损失不下于300万。”
实际上，造成卫星图像不精准的原因，就是静止卫星并不是真正静止的！
从3万6千公里的距离看地球，对于理想的自旋稳定静止气象卫星而言，卫星的自旋轴应该和地球的自转轴保持严格的平行，但这实际上是不可能做到的，一定会存在偏差，这样的偏差不可避免，对图像的形成起了不可忽视的干扰作用。
如何排除这种干扰呢？
首先要对卫星的行为进行仔细地观察。这时候，就需要收到风云二号的实际图像，可偏偏这个时候卫星出了问题。卫星的转发器出现故障，接收到的图像质量很差，上面有很多麻点，有时候甚至接收不到图。
这个时候，李希哲和张青山通过仔细的观察，注意到当卫星的温度控制在某一个很小的范围里的时候，转发器还能工作、传图。就这样，“带病的卫星”断断续续地工作着。
大家都通过这些图像来研究卫星的行为，并展开讨论。当时，科研团队内部分歧也很大，大家开诚布公，各抒己见，在一起不断进行着科学技术观点的碰撞和讨论。这样一讨论就是几年。
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许健民：任何年龄段都有人才
最后，风云二号气象卫星地面系统总设计师许健民的意见是，在每一瞬间，对卫星的位置和姿态都必须有精准的数学表达，只有这些参数都准确了，图像才有可能定准。也就是说，风云二号气象卫星的图像定位，必须建立在严密的数学模型的基础上。
许健民注意到，如果把云图做成动画，地球的影像有非常壮观的上下位移。
如果把动画的原点摆在地球中心上去，可以看到地球的影像出现以一天为周期的摆动。许健民认为其中一定存在支配图像出现这种规律的原因，也就是说，在图像动画的时间序列中，有卫星姿态的信息。
然而，这个问题，不是通过简单分析就能解决的，它需要数学模式的精准模拟。可是，以前没有人在这方面取得成功。
“接下来，我们做了两件事：一是建立数学模型，特别是其中的坐标系和参数系；二是要确定这个参数体系里的什么参数是可以观测的，什么参数是我们要求解的。根据这个求解，就可以把这个图像对准了。”
许健民说，“如果把这些参数都做出来，用曲线表示出来，这个就像一个正弦曲线那么有规律”，问题是，怎么通过卫星动画的时间序列把卫星姿态参数精确地求出来，就需要严密的数学模型，并将每一个参数都一个一个地孤立起来，把它们都写对。
这项工作持续了好几年，从1999年到2001年，终于做对了！
功夫不负有心人，经过无数的公式计算之后，他们一点一点去做，探索出了正确的数学模式，并研发出了给即将发射的“风云二号”卫星地面系统图像定位的软件，终于在“自旋稳定”模式下解决了图像定位的问题，图像上每一个点都变得很准确。
从2001年到2004年，到风云二号C星发射前时候，研发团队一直在攻关。最后几个月在北京密云水库的一家宾馆里，研发团队集中在一起，几十人一起调整参数。
通过几个月的协同努力，卫星地面系统图像定位配准业务系统运行错误一个个得到解决，实现了科学算法突破向工程系统运行的转化，所有功能均经过了7天24小时全自动运行考核，使得风云二号c业务卫星一发射入轨开机就具备提供高质量定位配准图像能力。
许健民回忆，邱康睦等人也为卫星地面系统软件的研制做了重要工作，陆风、张晓虎、王大昌这些人则重点解决了自动精确卫星图像定位配准中遇到的棘手问题。
2004年风云二号C星成功发射，它是当时国内应用最为广泛的业务应用卫星，并获得世界气象组织的高度评价，被列为全球气象卫星观测网的重要业务卫星之一。风云二号C星的地面系统也不负众望，一举获得成功，卫星接收的图像终于可以广泛用于预报业务了！
三
做任何事业，关键是团队，尤其是其中的学科带头人。专业门类齐全的团队及其有效组织，是成功之本。
时间已经过去了15年。
今年，许健民已经74岁高龄，当年和许健民一起奋战的年轻的科研人员也都人到中年，成长为业务领军人。
回想起15年前，许健民仍然感到后怕。他说，当时真的差一点就不能成功，压力非常非常大，也非常着急，再加上团队还不成熟，人员也少，幸好挺了过来。
许健民说：“我们逐渐建立起一支比较好的团队。一个人的力量是有限的，两个人的力量也是薄弱的，甚至三个人要做成一件事，也需要付出很多，领导的支持、同事的配合都非常重要。”他认为，打造一支有着众多德才兼备科研人员的团队，是成功的关键。
以下六条是许健民选择团队领军人的标准：
一是有主动工作的意愿，不要价、不讲价，德才兼备，这是最重要和关键的。
二是要有专业的知识和本领，专业的人做专业的事，每个人都有自己的特长，整个团队要能取长补短。
三是要有感知的能力，要学会观察问题、分析问题、解决问题，能抓住问题的关键。
四是要有号召力，带领团队成员共同努力。
五是要有动手能力，锲而不舍的工作，决不轻言放弃。在攻克难关时，是看不到头的，这个时候会出现迷茫的感觉，但一定要坚持下去，找到解决问题的办法。
六是要有较好的口头表达能力，三句话说明白一件事。“自然界本来存在的事实和规律都是简单的，如果你讲不清楚，说明你没有掌握它的规律。”许健民说。
说到做事，许健民用了两句话来概括：实事求是的科学精神，细致入微的思维方式。实事求是是尊重科学事实，不人云亦云，遇到争执和分歧时充分展开讨论；细致入微是要有精细的解决方案，在怎么都不对的时候，不能光停留在口头上，要拿出正确的解决方案。
许健民已经退居二线。现在，气象卫星地面系统的研发工作都由正当年的科技工作者来负责和承担。
许健民每天仍然坚持看图，反复比对，从云图上看天气系统的发生发展规律。
许健民在工作。
许健民介绍说，风云四号卫星是新一代的静止气象卫星，达到了当前世界的先进水平，其中静止轨道的垂直探测仪是在中国的气象卫星上首先实现的。“风云四号”A星按原计划是一颗实验卫星，由于它优秀的表现，现在提前进入了业务应用阶段，为国家节省了大量的资金。
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许健民：最欣慰的是我们有一支队伍
最后，许健民表示，国家卫星气象中心通过多年的研究和发展，锻炼出了气象卫星地面系统过硬的科研团队。江山代有才人出，相信未来他们会研发出更多更好的气象卫星地面系统，让我们的天气预报更准确，防灾减灾更有成效。
祝贺风云二号系列气象卫星完美收官！致敬老一辈航天人和卫星气象人！
院士风采
许健民（1944.8.2- ）卫星气象专家。出生于上海市。1965年毕业于南京气象学院（现南京信息工程大学）。1986年后任国家卫星气象中心主任、总工程师。1997年当选中国工程院院士。
来源：中国气象报社