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手机微信开启时显示的地球图片从以前的美国卫星成像图换成风云四号的成像图

2017-09-26 疾风倁劲草

据中国气象局消息,9月25日至9月28日期间,用户在微信启动时,可以欣赏到由我国新一代静止轨道气象卫星“风云四号”从太空拍摄的祖国全景。

这也是6年来微信启动页面首次发生变化,启动页背景中的地球图片由非洲大陆上空视角,变化为了我们的祖国上空。

左侧为微信之前的开机页面原图,右侧为即将更换的风云四号拍摄图

据了解,微信的启动页面此次呈现的背景照片由“风云四号”拍摄,它搭载了全球首个大气垂直探测仪,并是国际上首次在单星上同时搭载了多通道扫描成像辐射计和干涉式大气垂直探测仪,以一颗卫星实现了两颗卫星的功能,是我国气象领域的一项重大成就。

事实上,此前微信启动页中选用的照片素材是NASA在全世界范围公开的第一张完整的地球照片,名为“蓝色弹珠”,这是人类第一次从太空中看到地球的全貌。画面中所显示的是非洲大陆。

关于选用这张照片作为素材的原因,微信团队透露称:“非洲大陆是人类文明的起源地,我们将非洲上空的云图作为启动页的背景图,也希望将‘起源’之意赋予启动页面。而此次展示‘风云四号’拍摄画面,也是寓意从‘人类起源’到‘华夏文明’的历史发展,旨在向亿万微信用户展示我国大好河山风貌。

此次微信启动页面展示“风云四号”拍摄的祖国上空云图,不仅是对我国科技成果的一次献礼,同时也是一次“互联网+”在气象领域的应用,让越来越多的用户可以通过微信等平台享受到真正智慧、便捷的气象服务。

风云四号观测的2017年6月7日13时,可见光三个通道合成的地球圆盘图。云图反映出该时刻我国北方及东部沿海受锋面气旋云系影响,出现降水天气,我国南方的一条西南东北走向的切变线云系也带来了持续降水天气,赤道北侧的热带地区对流活跃,孟加拉湾及西太平洋有多个发展旺盛的对流云团。

记者从国家国防科技工业局获悉,我国新一代静止轨道气象卫星风云四号今天正式交付用户投入使用,对于提高我国航天、气象事业的水平和国际地位具有重大意义。

风云四号综合技术性能国际领先,填补了三项国际空白。去年底成功发射后,在轨测试期间, 风云四号卫星为今年5月北方地区严重沙尘、6月华北特大暴雨、6月底至7月初南方持续降水以及“苗柏”“南玛都”台风等的预警提供了有力支撑;还为“一带一路”国际合作高峰论坛、全运会等重大活动发挥了气象保障作用。目前风云四号卫星已被世界气象组织纳入全球对地观测气象卫星序列。

(注意:中心点从原来的非洲大陆移到了中国)

这张照片是谁拍的?怎么拍出来的呢?听“风云四号”气象卫星扫描成像辐射计副主任设计师沈霞为我们讲述这张照片背后不为人知的故事。

了解“风云四号”研制15年背后的故事,才能懂微信新启动画面的意义

沈霞 风云四号气象卫星扫描成像辐射计副主任设计师、中科院上海技术物理研究所副研究员

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以下是沈霞在SELF讲坛上的演讲实录:

大家好我是沈霞,来自中科院上海技术物理研究所,今天我特地穿了一身裙子,是想要刷新一下大家对科研女性的印象。

看到风云两个字,我想问一下在座的各位,大家会想到什么?我问过很多人这个问题,有人告诉我风起云涌,也有人跟我说风云人物,当然也有人回答的是《风云雄霸天下》。

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现在我给大家展示的这个就是真正的地球风云,这是去年12月11日(发射的)风云四号气象卫星上面扫描成像辐射计拍摄的地球24小时的云图,在赤道附近大家有没有注意到有一块亮斑在移动,是什么?那是太阳在海洋上面的倒影,是不是看起来很神奇。在我们眼里看来只是普通的一张图,但是在科学家眼里它实际上是一组庞大的数据。

我们风云四号气象卫星在国际上到底处在一个什么样的水平呢?我给大家介绍一下风四和它的国际上的小伙伴们。

首先要说一说的就是美国的GOES-16,它上面装载的仪器叫ABI,就相当于我们风云四号上面的辐射计。这里再给大家讲一下辐射计是什么,很多人肯定不明白这么一个很专业的词,你可以把它想象成拍地球的照相机,它和卫星的关系是什么呢,我们这个照相机就是装在卫星平台上的。

但是最终我们要评价风云四号它的水平到底怎么样呢?主要还是要看我们卫星上装载的这些仪器的性能,我们刚才说了美国的GOES-16上面装载的是ABI,欧洲的MTG上面装载的是FCI,还有我们中国风四上面装载了辐射计。

这三个系列美欧中可以说是三足鼎立,我们如果单单从辐射计的角度来看,它的性能指标比美国的ABI和欧洲的FCI要略差了那么一点,但是我们风四上面还装载了另外一台重量级的仪器,就是大气垂直探测仪。

目前大气垂直探测仪是世界上(在地球静止轨道)第一个首发的(大气垂直探测)仪器,也就是说美国人的上面没有,欧洲人怎么办呢,欧洲人比较奢侈,他们觉得辐射计和探测仪这两大载荷装在同一个卫星上会相互干扰,于是分了两个卫星装,一个卫星发辐射计另外一个卫星再发探测仪,但是我们风四上面同时装载了这两台。

我们再来看看发射时间吧,在去年的11月19日美国人的GOES-16首发,而在去年的12月11日我国的风云四号首发,为了赶上这个时间节点我们研制项目组是花了很多心思的。

说到这里还要再补充一个,就是欧洲人的MTG他们计划要到2019年才能发上去,说到这里有人要问了,你怎么不提提日本呢,日本有一个葵花9它的性能也不差呀?我为什么不提它,是因为它上面的核心仪器是美国人卖给它们的。

风云卫星是气象卫星,气象卫星对防灾减灾有非常重要的作用,它的投入产出比在国际上公认的是1:40,所以我国在1977年就开始发展我国的风云卫星。

我们风云四号的研制花了15年的时间,为什么要花这么长的时间呢?我现在就给大家分享一下风四辐射计研究的小故事。

2001年的时候我们所里的王淦泉老师带着一个光学、一个机械设计师开始预研,当时瞄准的目标是什么呢,是美国GOES-8在1994年发射的卫星,GOES-8当时做五个通道,也就是说它一次能拍五张图,而我们王老师瞄准的这个目标是要做十个通道一次拍十张图,在当时看来是蛮先进的。

2004年底的时候,他唯一的机械设计师跳槽了,这个时候我就有幸的加入了这个团队。2007年的时候,我们的原理样机研制成功了,大家都很高兴,觉得再过个一两年我们这个十通道的产品就可以发上天了,而且在当时的国际上还是能占到一个领先的水平的。

但是这个时候美国人推出了一个对我们来说爆炸性的新闻,也就是说他们开始打造他们的GOES-R系列。

GOES-R是什么,就是刚刚提到GOES-16,美国人把他们没有发射的卫星叫做R系列,就是有用字母ABCD来表示,发射完之后他们就用1234来表示,他们准备在GOES-R上面装载的最新的仪器叫ABI,ABI跟原来的GOES-8(比)前进了不是一点点,它要拍16个通道的图。

这个时候我们就面临选择了,如果我们把已经研制成功的十通道的产品发射上去,我们会在GOES-R上天之前的这一小段时间里面保持领先,但是等GOES-R一旦上天以后,我们就又会落后他们一大截,另外一个选择就是已经研制的这台产品我们推翻重来,我们去研制跟GOES-R同样技术水平的产品,经过短暂的犹豫之后项目组决定推翻重来,所以到2017年的今天我们才能看到刚才那个14个通道的美丽的图像。

说了这么多大家还是要问,做一台载荷而已,一台拍地球的照相机而已,为什么要做这么长的时间,它有那么难吗,我们手机的更新换代那么快对不对,我下面就举两个例子来跟大家讲一讲这个技术难在哪里。

我们先看看风云二号的卫星,它采用了自旋稳定式,刚刚我们说了地球静止轨道它有一个特点,就是跟我们地球是同步的,在这个轨道上我们对温度的感觉就跟人类对温度的感觉是一样的。

它有一年四季,而且它也有早晚的温差变化,失去了大气层的保护这个温度变化会更为剧烈。剧烈到什么程度呢,我们产品上面的一个测温点显示它最低温在-130度,最高温的时候150度,这么一个温度波动是在一天内交替完成的,也就是说它每天要循环一个来回。

风云二号的自旋稳定方式,因为它是旋转着看地球的,它(温度)自己就稳定掉了,这就是我们要解决的第一个问题,热的问题。美国人他们怎么解决这个问题呢,他们为仪器打造了一个空调房,利用他们高超的温控技术把这个仪器控制在近乎恒温的一个温度状况。

大家都知道照相机是很娇嫩的,焦距稍微没有调准一点那么就离焦了,拍出来照片就模糊了。而我们的物体我们的各种材料都是有热胀冷缩的,在这么大的一个温度范围之内热胀冷缩之后早就离焦,不知道离到哪里去了。

但是我们国家当时的温控技术还做不到这一点,因为我国的基础科学、基础技术还有基础工业,有些硬件生产不出来,这个时候我们只能另辟蹊径了,想什么办法呢,就是让我们的照相机能够适应更大范围的温差,我们把我们的光学系统做到能够适应30度的温差,这样子我们就降低了对温控技术的要求。

要解决这个问题我们缺少了一种材料。有一次在一次学术报告会中,我们无意中听到有一个大学的老师,他们研制出一种新型的材料,这种新型材料的各种特性正好是我要建这个能够适应大温差的光学系统需要的,所以我们就去找他了,希望能把这种材料给我们用上。

但是第一次见面之后我们就很失望,为什么呢?这个材料的性能虽然好,但是它的加工工艺还停留在加工圆盘圆筒这么一个简单的东西上面,而我们要制造的是什么呢?是结构非常复杂,精度达到0.01毫米的一个产品。

还好我们双方都没有放弃,我们帮助他们改进了各种工艺,第一个产品我们用粘接的方法,经过了七八年时间的努力,最后我们出来的产品已经是一体化成型了。

我们做技术就好像搭积木一样,这些积木就是国家基础,有些积木我们可以直接拿来用,有些积木没有我们怎么办呢?我们就创造出这个积木,这个就是我们在这个行业里面往前推进了一步的积木,那么后面的人如果想要设计的时候,利用这种材料的话,他们就不需要再摸索了,完全可以直接利用我们的加工工艺。

拍照片另外一个关键的就是要稳。我们在36000公里这么远的地方拍照片,稳定是第一位的,真正的差之毫厘谬以千里。这个稳定度到了什么程度呢,举个例子如果我相机偏了一个角分的话,地球上就偏了十公里。我们这个时候就需要针对这个我们需要(创新)一套精密的扫描控制技术(方案),这套扫描控制方案出来之后,需要一个叫高精度角度传感器(的产品)。

这么一个(达到设计要求)精密产品也是国内没有的,我们就辗转调研到常州有位老先生,他有可能掌握这种技术。

这位老先生比较传奇,他曾经是一家大型的机床生产厂家的一个研发人员,当时他申请国家课题做了这方面的研究,研制出了世界上一流水平的角度传感器,但是可惜的是有一天他发现他研制的传感器被厂里面误当成废品给卖出去了,小孩子们拿着这个东西在地上滚着玩,他就很伤心了,退休以后他就带着自己的侄子女婿,一个小型的家族企业继续他的研究。

但是大家也知道对于一个小企业来说,想要做科研无疑是天方夜谭,资金从哪里来?设备从哪里来?

正好我们在这个时候找到了他,当时陈先生已经年近70岁了,我们跟他们谈合作他欣然答应。

我们给他们提供实验设备,他就帮我们来研制这个高精度的传感器,这个过程中我们一起解决了传感器的真空适应性问题,还解决了其他的一系列问题,那么到今天他研制的这个角度传感器我已经在四台载荷上面同时上天应用了。

说到这里我想说的是什么大家应该是明白了,我们的风四辐射计真正的核心技术都是掌握在我们自己手里,我们的风云四号打的是纯正的中国牌,谢谢大家。




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