觀風(fēng)云、知冷暖、減災(zāi)害……茫茫太空中，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星時刻“凝視”著地球。
20世紀(jì)70年代初，我國從零起步研制風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星，迄今已經(jīng)成功發(fā)射21顆風(fēng)云氣象衛(wèi)星，其中9顆在軌運(yùn)行，成為世界上少數(shù)同時擁有極軌和靜止氣象衛(wèi)星的國家之一。
最近，又一顆風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星即將“上崗”。4月8日，中國氣象局在北京組織召開風(fēng)云三號F星第一階段衛(wèi)星系統(tǒng)的在軌測試總結(jié)評審會。專家組一致認(rèn)為該星具備在軌交付及投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行條件。
近日，國家衛(wèi)星氣象中心研究員、風(fēng)云三號衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師楊忠東接受科技日報記者采訪，講述了實現(xiàn)“天有可測風(fēng)云”背后的故事。
“負(fù)責(zé)解讀‘眼睛’看到的信息”
記者：什么是衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)？
楊忠東：作為風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星系統(tǒng)工程重要組成部分，地面應(yīng)用系統(tǒng)在衛(wèi)星發(fā)射后會管理衛(wèi)星平臺和遙感儀器，同時負(fù)責(zé)衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)的接收、處理、分發(fā)和應(yīng)用服務(wù)。
記者：風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)包括哪些部分？
楊忠東：系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接收與測控站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)利用站組成。
這一系統(tǒng)在接收到衛(wèi)星傳回的觀測數(shù)據(jù)后，相關(guān)計算設(shè)備會對數(shù)字信號進(jìn)行處理。風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)無法被直接使用，首先要對其進(jìn)行預(yù)處理，主要包括地理定位和光譜輻射定標(biāo)，再經(jīng)過大氣輻射傳輸模型反演算法處理，才能得到有用的大氣變量，如溫度、濕度等天氣預(yù)報要素。
如果說風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星是“眼睛”，那么地面應(yīng)用系統(tǒng)就是“大腦”，負(fù)責(zé)解讀“眼睛”看到的信息。
記者：每顆衛(wèi)星都配有地面應(yīng)用系統(tǒng)嗎？
楊忠東：不是每顆而是每類衛(wèi)星需要一個地面應(yīng)用系統(tǒng)。氣象衛(wèi)星有兩類，極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星。其中，風(fēng)云一號和風(fēng)云三號是極軌氣象衛(wèi)星，風(fēng)云二號和風(fēng)云四號是靜止氣象衛(wèi)星。
例如，風(fēng)云三號03批有4顆氣象衛(wèi)星，包括3顆太陽同步極地軌道衛(wèi)星和1顆傾斜軌道降水測量衛(wèi)星。這些衛(wèi)星都是低軌氣象衛(wèi)星，需一個地面應(yīng)用系統(tǒng)。每顆衛(wèi)星上天后，遙感儀器一天24小時、全年365天無休工作，觀測數(shù)據(jù)像江河流水般不?；貍?。多一顆衛(wèi)星，觀測數(shù)據(jù)會多出一倍以上，需增加計算機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)備，同時還要研究新算法、新技術(shù)來處理新增數(shù)據(jù)。
記者：當(dāng)前，我國衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)在國際上處于什么水平？
楊忠東：如今，我國已經(jīng)建成全球規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜、功能最完整的氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠業(yè)務(wù)化運(yùn)行，運(yùn)行成功率長期保持在99%以上。
“比較偏愛風(fēng)云三號D星”
記者：風(fēng)云三號是極軌氣象衛(wèi)星，與靜止氣象衛(wèi)星有何區(qū)別？
楊忠東：極軌氣象衛(wèi)星全稱是極地軌道太陽同步氣象衛(wèi)星。這類衛(wèi)星運(yùn)行軌道平面和太陽始終呈相對固定的交角，軌道距地高度較低，一般為800公里至1000公里。觀測空間分辨率較高，每顆衛(wèi)星每天可至少2次飛過地球表面任一區(qū)域，南北極區(qū)域可多達(dá)十幾次。靜止氣象衛(wèi)星在距地球赤道36000公里的軌道上運(yùn)行，觀測空間分辨率略低，但時間分辨率高，軌道位置相對地球保持不變。
記者：為什么風(fēng)云系列同時有這兩種衛(wèi)星？
楊忠東：二者承擔(dān)的觀測任務(wù)不同。極軌氣象衛(wèi)星全天候沿軌道觀測地球，獲取全球觀測數(shù)據(jù)，監(jiān)測大范圍自然災(zāi)害，為氣候診斷和預(yù)測提供物理參數(shù)。
靜止氣象衛(wèi)星最顯著特點是可以“凝視”某個區(qū)域，時刻對該區(qū)域進(jìn)行高頻次不間斷觀測。目前，靜止氣象衛(wèi)星觀測頻次可達(dá)分鐘級，這對天氣監(jiān)測、預(yù)報來說非常重要。
記者：我國為什么發(fā)射了好幾個批次的風(fēng)云三號衛(wèi)星？
楊忠東：這主要有兩個原因，一是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶來新需求，二是科技創(chuàng)新使工業(yè)制造能力提高。截至目前，我國共發(fā)射風(fēng)云三號3個批次、共7顆衛(wèi)星。第一批次發(fā)射了風(fēng)云三號A、B兩顆上午、下午軌道試驗星，主要為試驗新衛(wèi)星平臺、遙感儀器性能。第二批次發(fā)射了風(fēng)云三號C、D兩顆上午、下午軌道業(yè)務(wù)星，風(fēng)云三號D星已穩(wěn)定運(yùn)行超6年。第三批次是由晨昏、上午、下午和傾斜軌道上的4顆衛(wèi)星構(gòu)成的地球系統(tǒng)觀測星座。風(fēng)云三號H星預(yù)計2025年發(fā)射，屆時我國將建成全球唯一的低軌氣象衛(wèi)星地球系統(tǒng)觀測星座。
記者：您曾說“風(fēng)云三號就像自己的孩子一樣”。那這些“孩子”里您最喜歡哪個？
楊忠東：個人比較偏愛風(fēng)云三號D星。
記者：為什么？
楊忠東：到研發(fā)風(fēng)云三號D星時，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星穩(wěn)定性和可靠性問題基本都解決了。這讓地面應(yīng)用系統(tǒng)的工程和科學(xué)信息產(chǎn)品業(yè)務(wù)應(yīng)用效果非常好。
記者：風(fēng)云三號D星有哪些看家本領(lǐng)？
楊忠東：它的本領(lǐng)可不少，不僅能夠穿云透霧“看”地球，還可以觀測極光。
風(fēng)云三號D星裝了10臺（套）遙感探測儀器，其中紅外高光譜大氣探測儀、廣角極光成像儀和電離層光度計為新研制，結(jié)合已有微波溫度計和濕度計，實現(xiàn)全球、全天候、多譜段、高光譜探測。
記者：風(fēng)云三號D星地面應(yīng)用系統(tǒng)在提升天氣預(yù)報精確度和時效性方面有何作用？
楊忠東：風(fēng)云三號D星地面應(yīng)用系統(tǒng)有國內(nèi)首個北極衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站，90％觀測數(shù)據(jù)能夠在90分鐘內(nèi)傳回地面。地面應(yīng)用系統(tǒng)傳輸速率顯著加快，計算能力成倍增長，數(shù)據(jù)存儲能力增加了近10倍。相關(guān)觀測數(shù)據(jù)使我國天氣預(yù)報精確度和時效性進(jìn)一步提升。
記者：風(fēng)云三號衛(wèi)星在研制過程中遇到哪些困難？
楊忠東：研制衛(wèi)星首先要解決平臺問題。平臺穩(wěn)定了，才能在上面搭載各種儀器。研制風(fēng)云三號衛(wèi)星平臺，我們大概用了十多年。
之后，我們要解決遙感儀器性能問題。風(fēng)云三號A星、B星好幾臺遙感儀器都不同程度出過問題。比如，風(fēng)云三號A星成像儀消旋鏡卡滯停轉(zhuǎn)。
記者：您和團(tuán)隊是怎么解決的呢？
楊忠東：風(fēng)云三號A星成像儀消旋鏡卡滯停轉(zhuǎn)后，我立即飛赴西安衛(wèi)星測控中心，直奔測控機(jī)房和衛(wèi)星總體、遙感儀器研制人員一起分析問題，研究制定解決方案，最后通過軟件消旋措施解決了這一問題。
記者：下一步，風(fēng)云衛(wèi)星還有哪些發(fā)射計劃？
楊忠東：風(fēng)云三號04批還將發(fā)射1顆晨昏軌道衛(wèi)星和1顆降水測量雷達(dá)衛(wèi)星。
此外，我們計劃增加第三代極軌氣象衛(wèi)星平臺的體積和重量，相當(dāng)于把一居室擴(kuò)大到三居室。平臺擴(kuò)大后，衛(wèi)星可以搭載更多、更高精度的遙感儀器。
“把合適的人放在合適的位置上”
記者：研制風(fēng)云氣象衛(wèi)星和地面應(yīng)用系統(tǒng)涉及多個部門。您是如何協(xié)調(diào)各種關(guān)系的？
楊忠東：我主要是抓大放小，把握項目主線和大方向。衛(wèi)星項目涉及部門較多，難免有分歧。項目初期，不同部門研究人員甚至?xí)橐恍﹩栴}吵起來，后來慢慢磨合出相處之道。
記者：為什么會吵起來？
楊忠東：主要由于專業(yè)差異。大家平時忙于工作，缺乏交流。比如，施工單位的工作人員對氣象科學(xué)了解不多，和研究團(tuán)隊的“共同語言”相對少，就容易出現(xiàn)分歧。打個比方，科研人員說空間這個概念，通常是指三維空間，里面有X、Y、Z坐標(biāo)軸。但研制單位可能將其理解為外太空，這就可能造成誤會。
記者：現(xiàn)在怎么樣？
楊忠東：合作久了，交流多了，默契程度就高了。事實上，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星能夠研制成功，關(guān)鍵就在于各方密切合作。
記者：目前在衛(wèi)星研發(fā)領(lǐng)域是否存在人才短板？
楊忠東：有的，主要是缺乏衛(wèi)星氣象學(xué)應(yīng)用人才，特別需要地球系統(tǒng)科學(xué)、大氣遙感、應(yīng)用數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的人才。
記者：為什么特別需要數(shù)學(xué)專業(yè)人才？
楊忠東：發(fā)射風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星是為了應(yīng)用，而應(yīng)用不能僅停留在“看圖說話”上?，F(xiàn)在衛(wèi)星基本穩(wěn)定了，觀測問題也解決了。我們就要從各類高光譜譜線和云圖中總結(jié)出地球系統(tǒng)運(yùn)行的物理規(guī)律，用數(shù)學(xué)公式和方程表達(dá)出來，再通過編程求解、實驗驗證。
記者：您如何安排團(tuán)隊成員的工作？
楊忠東：把合適的人放在合適的位置上，是至關(guān)重要的。讓一個人做自己擅長的工作才容易出成果，出了成果就更有干勁，和別人合作起來會更順暢。
在氣象衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)隊伍中，每個人只負(fù)責(zé)一小部分工作，把它們合起來才能“拼”出大工程。但若其中任何一個環(huán)節(jié)出問題，都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)全面受影響。
記者：您怎么看出一個人適合做什么？
楊忠東：每次新人入職答辯時，我都會留意每個人的專業(yè)背景，分析其擅長領(lǐng)域。只要有時間，每次國家衛(wèi)星氣象中心的學(xué)術(shù)沙龍、處室年終總結(jié)，我都會去聽。日積月累形成對每個人的判斷，再根據(jù)實踐考察一下“候選人”的能力，確定崗位最終人選。
記者：對青年科研人員，您有什么期望？
楊忠東：風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星發(fā)展了50多年，衛(wèi)星更替了兩代，人員也交替了兩代。一代衛(wèi)星一代人，如今接力棒要交到年輕人手中。
經(jīng)過兩代人接續(xù)奮斗，風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星已進(jìn)入成熟應(yīng)用階段。做好應(yīng)用，任重道遠(yuǎn)。青年人一定要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣，在工作中結(jié)合實際不斷提高技能，探索研究復(fù)雜性應(yīng)用問題，讓風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星更好造福全人類。
記者手記
在楊忠東的辦公室，有兩塊碩大白板，上面密密麻麻寫著數(shù)學(xué)計算過程。他每天在白板前琢磨衛(wèi)星大氣遙感輻射傳輸物理模型和反演應(yīng)用。
“發(fā)射衛(wèi)星，最終目的是應(yīng)用，為天氣預(yù)報提供支撐。”楊忠東說，這是他的初心，一刻不敢忘。
從青絲到華發(fā)，30多年來，楊忠東參與并見證了風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星“家族”的發(fā)展和壯大。作為風(fēng)云三號衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師，他在地面應(yīng)用系統(tǒng)工程建設(shè)中起到了關(guān)鍵作用。
老驥伏櫪，志在千里。雖已年近花甲，但楊忠東覺得“風(fēng)云路”還很漫長。
“回顧30載科研歷程，有太多經(jīng)驗和教訓(xùn)想跟年輕人分享。我要多培養(yǎng)年輕人，把他們‘扶上馬’再‘送一程’。個人工作時間是短暫的，事業(yè)是永恒的?！睏钪覗|說。
（科技日報記者 付麗麗）
