從“人類起源”到“華夏文明”

新的微信啟動畫面，來自中國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星“風云四號”從太空拍攝的最新氣象云圖。

這次改變由國家衛(wèi)星氣象中心和微信團隊合作，從1月份便開始策劃。國家衛(wèi)星氣象中心主任楊軍得知微信啟動頁的來源時，想到了“風云四號”可以提供更漂亮、更清晰的云圖，于是與騰訊團隊取得聯(lián)系，如今終于成行。

據(jù)微信團隊介紹，目前用戶熟知的微信啟動頁面，其來源是全世界范圍內(nèi)公開的第一張完整的地球照片“藍色彈珠”，是45年前由美國國家航空航天局（NASA）公布的。

畫面正對著的是非洲大陸云圖，“代表人類文明的起源”，微信以此將“起源”之意賦予啟動畫面，寓意著“因為人類的出現(xiàn)，才有了溝通的存在和意義”。

如今，啟動頁從“人類起源”到“華夏文明”的展示，其實是微信為“風云四號”獻上的富有儀式感的“賀禮”，對于25-28日的期限，微信團隊告訴記者：“開機畫面原圖畫是一個產(chǎn)品的意義，需要符合產(chǎn)品的調(diào)性。目前的舉動只是特別加入了風云四號的展示，作為一份特殊的禮物。”

“風云四號”的突破

2016年12月11日，“風云四號”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，定點于東經(jīng)99.5°赤道上空開展在軌測試，在軌運行期間，其順利完成了衛(wèi)星平臺、有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)等測試任務(wù)，于2017年9月25日正式交付用戶投入使用。

多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀、閃電成像儀和空間天氣監(jiān)測儀，是風云四號搭載的4臺遙感儀器。

其中，多通道掃描成像輻射計被比喻作“千里眼”。作為迄今我國最先進的輻射成像儀，它可覆蓋可見光至波長達13.8微米的甚長波紅外波段，光譜通道由5個增加至14個，“能夠?qū)崿F(xiàn)每15分鐘對東半球掃描一次，最高空間分辨率可達500米。”楊軍介紹。

由于上述技術(shù)突破，其空間分辨率相比于上一代“風云二號”提高了6倍，與美國國家航空航天局（NASA）2016年11月19日發(fā)射的新一代靜止氣象衛(wèi)星GOES-R相當。觀測速度也更為迅捷，意味著一旦某處出現(xiàn)突發(fā)天氣狀況，只要1分鐘就可以掃出一張區(qū)域圖像。

干涉式大氣垂直探測儀目前是國際上首臺靜止軌道干涉式紅外探測儀，可以達到把晴空大氣在垂直方向上做精細“立體CT”切片式探測的水平。

此外，閃電成像儀可實現(xiàn)對我國及周邊區(qū)域閃電每秒拍攝500張照片，準確記錄閃電的頻次和強度，是我國首臺星載閃電觀測儀器。空間天氣監(jiān)測儀則能夠監(jiān)測太陽活動和空間環(huán)境。

隨著“風云四號”的交付和投入使用，我國將以更高效的方式揭示臺風、暴雨、洪澇、森林火災、沙塵暴的變化規(guī)律，并獲取地球表面和大氣的多種光譜輻射信息，為天氣預報、氣候觀測提供觀測數(shù)據(jù)。

“難啃的硬骨頭”

中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心主任楊軍參與了“風云四號”從論證到交付的整個過程。他介紹，早在1995年10月，“風云四號”氣象衛(wèi)星專家研討會便召開。從國防科工局2002年布局衛(wèi)星和有效載荷預研算起，至2010年正式立項進行工程型號研制直至如今，包含著科研人員長達15年的努力和堅持。

在“風云四號”搭載的4臺遙感儀器中，技術(shù)突破最大、最關(guān)鍵的儀器是干涉式大氣垂直探測儀，由中國科學院上海技術(shù)物理研究所研發(fā)。

2001年10月，從本科至博士橫跨機械、光學和電子三個專業(yè)的華建文回國，進入中國科學院上海技術(shù)物理研究所工作，開始籌備關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。這一年，他44歲。

華建文向記者回憶，早在上世紀70年代，我國就有140多家機構(gòu)研究此種技術(shù)，但沒有一家做出干涉式紅外探測儀，基本靠進口。

這是一塊“難啃的硬骨頭”。據(jù)悉，美國自2006年由于技術(shù)和經(jīng)費原因擱置了靜止軌道干涉式大氣垂直探測儀的上星計劃；歐洲計劃的第三代靜止軌道氣象衛(wèi)星原計劃2014年發(fā)射，后又延期至2020年。

2005年底，華建文帶領(lǐng)的團隊調(diào)出了紅外干涉信號，原理樣機初步完成，代表著關(guān)鍵技術(shù)的攻破。他反復與氣象局聯(lián)系溝通，說明美國的主要問題是財政而非技術(shù)，而“我們要錢不多，且關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)攻破”來爭取支持。

“事情既然開始做了，就要挺直腰桿做下去”，華建文告訴新京報記者。

為避免垂直探測儀器和成像觀測儀器相互干擾的發(fā)生，歐洲做了妥協(xié)，將兩者分別放在了兩顆衛(wèi)星上工作。而“風云四號”將兩個儀器置于同一衛(wèi)星上，這是一大問題。“就像兩個人在一張床上，完全不互相干擾是不可能的。”楊軍打了個比方。

最后，類似利用床墊來抗干擾的方法，“風云四號”使用了全新研制的SAST-5000衛(wèi)星平臺，采用力矩補償技術(shù)、星地一體化圖像導航與配準技術(shù)和隔震系統(tǒng)，解決了這一世界性難題。

此外，靜止軌道上受復雜熱環(huán)境的影響，溫度分布非常不均勻，衛(wèi)星平臺和儀器會產(chǎn)生扭曲變形；天上和地上如何協(xié)同配合，這些核心問題都慢慢得以解決。

2016年12月11日，華建文和團隊在西昌發(fā)射基地看著“風云四號”發(fā)射成功，心里生出許多不舍，有人甚至掉了淚。在華建文心中，衛(wèi)星的發(fā)射仿佛“將培養(yǎng)了十五年的女兒嫁出去，再也不回來了”。

未完的挑戰(zhàn)

楊軍介紹，“風云四號”發(fā)射后，為今年5月份北方地區(qū)嚴重沙塵天氣、6月份華北特大暴雨、6月底至7月初南方持續(xù)降水以及“苗柏”“南瑪都”等臺風的預警，均提供了分辨率更高的圖像、多方位的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

此外，在“一帶一路”國際合作高峰論壇、第13屆全國運動會、金磚國家領(lǐng)導人第9次會晤等重大活動中，“風云四號”對其氣象保障服務(wù)提供了有力支持。

楊軍透露，其實每次重大災害性天氣過程中，“風云四號”都會提供云圖和數(shù)據(jù)來幫助分析判斷，“分辨率更高，時間更快，精度更高。”

雖然“風云四號”已經(jīng)發(fā)揮作用，但華建文透露，要真正實現(xiàn)更高準確率、預測周期更長等目的，還需時日。探測儀獲取的大量數(shù)據(jù)，要如何來分析、利用和處理好，并真正用到業(yè)務(wù)上，因為缺乏國外借鑒，難度不小。

楊軍稱：“我們現(xiàn)在搶了先，但接下來會瞄準技術(shù)性能的完全超越。”

據(jù)了解，目前風云四號衛(wèi)星已被世界氣象組織納入全球?qū)Φ赜^測氣象衛(wèi)星序列，有望在2017年底具備試運行和服務(wù)能力，將為我國及亞太地區(qū)防災減災和經(jīng)濟社會發(fā)展提供支撐保障。

新京報記者 高敏　實習生 陳卓瓊