相关新闻 日本气象卫星拍摄到天津大爆炸 显示有白色亮块扩散 日本最新的气象卫星「向日葵8号」性能和技术怎么样？和中国卫星相比较如何？ 吕旺，知乎改变三观 静止气象卫星——卫星中的劳斯莱斯 长文预警，多图预警。先放答案： 向日葵 8 号属于新一代静止气象卫星，性能和技术确实先进，但非日本原创。 美、欧、中的新一代静止气象卫星均未发射，中国风云四号卫星自主研发，功能完备，有创新点，在具体指标上比美欧略逊一筹。 航天八院的气象卫星队伍是国内一流的卫星研制团队不容置疑。 事出有因，首先是前几天朋友圈里看到“日本卫星太空拍天津爆炸”的报道： 动态图详见报道：日本卫星太空拍天津爆炸 火光清晰可见 用的是日本去年发射的向日葵 8 号卫星，很多人这时候想到了中国的气象卫星，为什么没有看到，能力不行云云。特别是看到 2014 年向日葵 8 号发射时，有人在水木的航空航天版发帖质疑风云四号卫星的技术水平和八院研制能力，还说到天气预报不靠谱，正准备回击。 原帖地址：http://m.newsmth.net/article/Aero/273415 这几天又看到了风云二号和风云三号的表现： 动态图详见：卫星动图：天津爆炸产生的黑色烟尘向东扩散 也算是出手不凡。但说实话，图像效果的确有一定差距。这不奇怪，因为作为静止气象卫星，风云二号和向日葵 8 号根本就不是同一代的，没有可比性。那么接下来就要说一说气象卫星和天气预报这点儿事了。 气象卫星分为两类，太阳同步轨道卫星和地球同步轨道卫星，地球同步即静止卫星，顾名思义，就是相对于地球保持静止的卫星，感觉好像被钉子钉在天上一样。静止原因是卫星轨道在赤道面上，当轨道高度为 35768km 时，卫星运行周期与地球自转周期一致，于是产生同步效应。相对于低轨卫星定期重访，“静止”有很多优点，如实时性、三颗星即可覆盖全球等，对于通讯、广播、气象等行业都有着非同一般的重要作用。静止气象卫星拍摄的地球如下： 动态图详见网址：地球动态图片 静止轨道是人类共同的稀缺资源，每颗卫星都要国际上统一分配定点位置，不许乱用。静止卫星必须预留一定燃料，等到了寿命推到坟墓轨道避免占坑。很多国家在搞反卫星武器，但都限于低轨。 但静止卫星的成本和代价也很昂贵，主要原因归结于：离地球太远。 1. 路难走。低轨卫星高度一般在 500~1000km，静止轨道 36000km 要多出几十倍！火箭一般无法将卫星直接打进同步轨道，只能打到大椭圆轨道再靠卫星自己变轨，变轨期间需要消耗的燃料占卫星发射总质量的 40%！可以这么理解：一个人去趟偏远山区，坐了长途客车到终点站，下了车还要走很远的山路，路上需要吃 40 斤干粮。 2. 环境苛刻。高轨卫星面临更严重的空间辐射，增大了星上电子元器件失效的风险；太阳绕圈照，热环境复杂；总之人生地不熟。 3. 距离远：相对于低轨卫星地球小了几十倍，对于通讯卫星，需要载荷更大的功耗，把信号传向地面；对遥感卫星指向精度、稳定度要求高，稍微偏一点儿几十上百公里就出去了，对载荷要求高是因为接收的能量更微弱。 可能还有很多，总之，静止卫星对运载火箭、卫星平台、有效载荷有着很高的要求。此外，静止卫星往往需要有 8~15 年的稳定寿命，并且需要“业务运行”。所谓业务运行，就是不允许出差错，必须一直当班。据说风二当年曾发生丢失云图，时任总理朱镕基亲自对气象局问责。打个比方，你放假回家心血来潮给老爸老妈炒盘菜，不管做的怎么样他们都会很高兴对你夸奖不停；“业务运行”就相当于你在家门口开个饭馆，顾客就没那么容易满意了，对做菜的水平和提供的服务要求就高了，稍有不慎还会遭到投诉。这样比起来，近些年来国内各高校发射的七七八八也就算个玩具卫星、或者算教具卫星。静止卫星是大国重器，小国家玩不起，他们一般都去租、买服务，也挺划算。还有一种就是进行合作，比如向日葵 8 号，具体的后面说。 由于距离实在太远，高轨卫星的分辨率不可能做得太高（公里级），所以一般静止遥感卫星主要用于气象，提供快速更新（10~30 分钟一张地球全圆盘图）的气象遥感数据用以准确分析天气变化趋势。至于其他遥感卫星，如测绘类，一般会采用低轨卫星，一来没那么高的时效性要求，二来离地球近一点可以做高分辨率，三来代价和成本低一些。 卫星平台还要为载荷提供舒适的工作环境，包括电磁环境、热环境、力学环境、指向精度、稳定度等。航天八院主打的 SAST5000 平台被称之为“超静音平台”，强调遥感卫星所必须的高精度和高稳定度，各项指标对表国际最高水平，高档社区管家式服务有木有？平台详细介绍见报道： 风云四号采用了全新的 SAST5000 卫星平台和众多新技术 国际上新一代静止气象卫星主要有美、欧、日、中、俄等。 美国的 GOES 系列卫星绝对是龙头老大，已经发展到第 4 代的 GOES-N 系列已经采用三轴稳定，性能具于世界前列。新一代是 GOES-R 系列，准备 2016 年发射，寿命 15 年。 图片来源：Satellite Missions Directory 主载荷是 ABI，载荷也已经发展好几代了，性能比之前有很多升级。 图片来源：Satellite Missions Directory 可见光 2 通道 + 红外和近红外 14 通道，可见光最高分辨率 0.5km，5 分钟就能出 1 幅地球全圆盘图。特别指出的是 GOES 系列卫星首次提出的图像定位配准技术，通过复杂的标定和补偿，使卫星指向预期目标的定位精度达到 1km 级别。 欧洲新一代是 MTG 系列，准备 2018 年发射首颗，寿命 8.5 年。 图片来源：Satellite Missions Directory MTG 分为两个系列 MTG-I 和 MTG-S，分别装载不同主载荷。 图片来源：Satellite Missions Directory MTG-I 的主载荷为 FCI（相当于 ABI）。可见光 3 通道 + 红外和近红外 18 通道，可见光最高分辨率 0.5km，10 分钟可完成 1 幅地球全圆盘图，图像定为精度同样做到 1km，其他载荷配置与美国 GOES 系列类似；另一系列 MTG-S 主载荷为干涉式垂直探测功能的 IRS，这个载荷很神奇，能够对云进行垂直探测，相当于给大气做 CT，研究的是云的三维结构。从查到的文献来看，欧洲 MTG 的很多技术是美国提供的。 日本的新一代静止气象卫星是向日葵 8 号（Himawari-8），2014 年已发射。 图片来源：Satellite Missions Directory 主载荷为 AHI，别问我为什么长得像美国的 GOES-R 和 ABI。 图片来源：Satellite Missions Directory 可见光 3 通道 + 红外和近红外 13 通道，可见光最高分辨率 0.5km，10 分钟就可完成 1 幅地球全圆盘图；得承认日本人对主载荷是有改动的，可见光做了 3 个通道实现全色也算是处心积虑。图像定位精度压根就没提指标，只是羞答答的说尽量做到一个像元，我怀疑图像定位根本就不是日本自己做的，没法提指标。日本借鉴美国技术就更普遍了。美国 GOES 卫星设计人员的一些相关技术专利会同时在欧洲、日本都有申请授权，可以推知作者预期该技术在欧、日都会应用。我们也很好奇老美有这么好的技术为啥让小日本抢了先呢？有种说法认为静止气象卫星难度大，美国新研发的心里也没底，于是给日本先试验一下，对在轨情况有个了解，日本正想从美国挖来点新技术，不要白不要。于是两个亲密盟友一拍即合。 至于俄罗斯，Electro-L卫星 2011 年发射，曾给出最清晰的地球图像。 图片来源：Satellite Missions Directory 主载荷MSU-GS 图片来源：Satellite Missions Directory 可见光 3 通道 + 红外近红外 8 通道，最高分辨率 1km，地球全圆盘 30 分钟。 由于战斗民族地理纬度太高，用静止卫星不划算，他们正在研究大椭圆卫星，体制不太一样，另外不懂俄文，查到的资料有限。 终于说到国内了，据中国气象局网站报道：“风云四号”科研试验卫星预计于 2016 年左右发射，设计寿命 8 年。 图片来源：风云四号气象卫星 主载荷辐射计，实在没找到公开的图。可见光 2 通道 + 红外近红外 12 通道，可见光最高分辨率 0.5km，15 分钟 1 幅地球全圆盘图，图像定位精度 1 像元。 以上参数来源于：风云四号气象卫星多通道扫描成像辐射计 静止气象卫星这类豪华的国家重器需要载荷、卫星、地面应用各大系统综合论证。风云四号卫星从 2000 年开始预研，有人说很漫长，其实美国最新一代 GOES-R 也是这一年开始论证的，如今的进度也差不多。与国外相比，风四功能齐全，但成像时间慢一点、通道数少了几个，其他参数确也有比美国低的。风四的创新点在于在一个平台上同时安装了两台主载荷[引自百度“风云四号”词条]：辐射计和探测仪（就是欧洲 MTG 提到的那两种载荷），相当于 1 颗卫星当两颗用，这是世界上绝无仅有的！难度可想而知！！！像我这样的家里养了两个熊孩子的人最能理解，一个都不好伺候，还要考虑相互干扰的问题。 在研制初期，我们充分研究了美国等国家公开发表的资料，组织人员进行搜集、分类、翻译、学习，光翻译出的文献就有好几本装订成册。在卫星研制研发的多个环节中以欧美国家的进行参照对比。如果没有美国对民用航天技术大方的公布，我们很难这么快进展。但必须声明，我们获得的资料都是公开发表的，任何人都能收集到，从没有借助国家利益交换和其他手段。他们公开的专利也都没在中国授权，我们应用也没有侵权问题。文献资料中往往对理论、方案等讲的比较多，至于具体的技术细节和核心设计环节肯定是没法查到的，只能自己搞。因此，风四从载荷、卫星平台到地面应用系统的设计理念、思路、对关键技术的解决方法跟欧美俄必然是截然不同的。我们也正在准备把风四中的一些不涉密的新技术公开发表到国际刊物，一方面是资源共享，算是也给国际社会一些微薄的回报，另一方面也要让国外同行见识一下中国的卫星技术水平。 对于自主研发的问题，外行可以有一个简单的判断方法——看长相。与国外相比，我们的区别是这样的： 图片来源：National Satellite Meteorological Center of CMA 图片来源：Satellite Missions Directory 说到这里，有人会疑问：你把卫星说得这么牛 X，为什么天气预报不准？ 细想一下，日常生活中的天气预报总的来说还是值得信赖的。在如今的大众眼中，天气预报准确好像是个天经地义的事，出了差错就是不靠谱。正如知乎上的回答：“你只会记住不好的，准的时候你觉得正常不去记，不准的时候就记住了”。网址：为什么现在感觉天气预报越来越不准了？ - 冷知识 气象预报是世界难题，其他国家也存在预报不准遭到吐槽的问题。其实天气预报和地震预报有点类似，都需要对复杂非线性系统的数值求解，预测未来一定时段参数。大气运动是特别复杂的过程，影响因素很多，存在化学反应、物理作用，受热学、力学、地理地形等影响，局部、全球又有所不同，需要解很复杂的微分方程。世界上最快的超级计算机都是用来算数值天气预报的，可见非同一般。也可以看看这个文章：吐血解读天气预报为神马不靠谱 此外，除了日常生活中的天气预报，气象卫星还能为航空、航海、农业、林业、海洋、水文等国民经济多领域提供全球及区域气象信息，在气候变化检测、自然环境与灾害监测以及国际影响、重大事情决策服务等方面发挥这更重要的作用。比如 2008 年风云三号成功发射 在同年的森林火灾监测中发挥了巨大的作用：因为有时候森林火灾发生时人们是不知道的，发现时已经烧得很厉害了，但卫星可以即时、准确的“看见”。甚至在俄罗斯发生火灾要烧到境内时，我国即时在边境线采取措施，避免了经济损失。风云三号在国际上的声誉很好，受到很多国际同行的较好评价，被列入新一代世界极轨气象卫星观测网、空间与重大灾害国际宪章中方值班卫星。 总是有很多人将五院和八院做对比。五院在卫星方面是老大哥，我们八院确有差距，但在气象卫星领域，八院绝对是首屈一指。八院是气象卫星的摇篮，多年的历练形成了严谨科学的作风和能打硬仗的队伍，我们这边很多所级领导和其他型号的总师都是气象卫星队伍走出来的。对于风云四号，我们拭目以待！ 最后，向做涉密项目的同行们致敬，他们同样逼格满满却没法像我这样的说出来，只能孤芳自赏。 本文中所以卫星技术参数和图片全部来自互联网，均有出处可查。 转载请注明出处。 查看知乎原文 好玩！还想看 (๑•ㅂ•) ✧ 一般般啦，随便逛逛 ˊ_>ˋ
