風云氣象衛星“叱咤風云”40載 背后艱辛知多少

今年是風云氣象衛星正式命名40周年。40年來,我國自主研發的風云氣象衛星“叱咤風云”,成為太空中一張靚麗的“中國名片”。28日在滬舉行的“叱咤風云——中國風云氣象衛星四十載的壯麗征程”專題展覽上,集中展示了風云氣象衛星40年成長歷程,其中不乏許多艱辛曲折故事、甚至血的教訓。

“風云一號”A星僅存活39天

1977年,國防科工委在上海召開氣象衛星大總體方案論證會,會議正式上報我國第一顆太陽同步軌道氣象衛星命名為“風云一號”,從此開啟了我國風云氣象衛星的新紀元。

到目前為止,我國已成功發射16顆氣象衛星,現有9顆在軌穩定運行,形成了包含風云一號、風云二號、風云三號和風云四號衛星在內的風云衛星家族,是世界上第三個同時擁有地球靜止軌道氣象衛星和太陽同步軌道氣象衛星的國家。

“風云一號”A星是我國研制的第一代太陽同步軌道氣象衛星。萬事開頭難,這顆星在發射之際就很不順利。1988年9月4日,在太原衛星發射中心,衛星發射進入倒計時,發射塔上,運載火箭燃料加注完畢。西至喀什、南至海南的測控網站,也已全部打開。指揮員發出命令:“5小時準備!”就在這關鍵時刻,發射控制中心的控制臺上,突然失去了A星所有的遙測信號。指揮部不得不決定停止發射。

時任“風云一號”總設計師孟執中、“風云一號”工程總師任新民等帶領試驗隊員們,開始了緊張的現場救修。他們爬上幾十米高的塔架,站在20多平方米的高空平臺上,對衛星內部精密而復雜的零件逐一排查。

當時,火箭已經加注完畢,裝滿了燃料,每一個排故動作都要極其小心,稍有不慎就會造成災難性事故。而排查時間更要分秒必爭,因為時間一長,火箭受燃料重力擠壓外殼涂層,已經出現了皸裂,再不發射后果難料。

頂住極大壓力,試驗團隊終于找到了“風云一號”A星的問題所在,并做了一次艱難的“手術”,衛星成功升空。但就升空后第39天,意外又發生了。在國家衛星氣象中心的云圖接收與處理工作室里,大家非常失望看到:衛星姿態發生了故障,云圖正慢慢地變得偏斜,最后,只留下地球的一條弧線。衛星失控了!

當時,國家氣象局鄒競蒙局長曾急切地問:“還有什么辦法嗎?”孟執中無言以對,眼神里流露出深深的痛苦。“風云一號”A星在太空僅39天就結束了“生命”。這一失敗好似利刃,深深地刺痛著每一位航天人的心。

總結經驗教訓,1990年9月3日,“風云一號”B衛星再次成功發射。但還是由于經驗不足,衛星的計算機電路芯片受空間高能粒子轟擊,產生單粒子翻轉問題,引起計算機工作失常,姿控系統故障。

怎么辦?決不放棄!我國航天人員開展了一場長達75天的衛星地面營救行動,這在世界航天史上都很罕見。航天人員通過加強地面測控管理,每天六輪監視衛星在軌工作,一次又一次挽救了“風云一號”B星的生命。

雖然,這顆衛星最終正常運行了285天,沒能達到設計壽命要求。但由此而積累的衛星搶救技術,曾獲得航空航天工業部一等獎、國家重大科技成果二等獎。后匯編成冊,為我國后續衛星可靠性設計和排故提供了寶貴的借鑒和參考。

“風云二號”01星發生了爆炸

“風云二號”氣象衛星是我國自主研制的第一代地球靜止軌道氣象衛星,使我國成為第三個同時擁有太陽同步軌道和地球靜止軌道氣象衛星的國家。截至目前,共發射7顆,有4顆衛星在軌運行,實現了“多星在軌,統籌運行,互為備份,適時加密”運行模式,為我國和世界的氣候監測及天氣預報提供了實時動態的氣象觀測資料。

成績的背后,我國航天人曾有血的教訓,甚至付出了生命的代價。1994年4月,“風云二號”01星來到了西昌衛星發射中心。發射隊為了全過程控制衛星的污染問題,在廠房內專門搭建了一個10000級潔凈度、控制環境溫濕度的凈化間。衛星順利地加注了燃料,裝上了固體遠地點發動機,準備轉場前的最后一次全面測試。

4月2日上午,模擬射前8小時準備的測試開始,一切都很順利。10點50分左右,時任衛星副總設計師李卿特地到無線測試間,發出模擬2小時準備的口令。他站在頻譜儀前,看了一下凈化間中處于整裝待轉場的衛星,低著頭全神貫注監視轉發器的下行頻譜。

突然,一聲驚天動地的響聲,從廠房大廳透過碩大的測試間玻璃觀測窗傳來。李卿抬頭一看,簡直被眼前的景象驚呆了:一人多高的黑色濃煙,夾著血紅的火光,像潮水般向他涌來;迎面而來的巨大沖擊波,瞬間就震碎了觀測窗玻璃,將他摔倒在地;廠房的供電中斷了,黑暗的測試間內,彌漫著嗆人的煙味。靠著逃生的本能反應,他艱難地退向身后一扇鎖著的門,猛地擊碎了門上玻璃,才逃離危險。

這次意外的重大事故,使得30多位發射隊員受傷住院治療,同時奪走了在凈化間的總裝工人陳德全的寶貴生命。4個月后,這次事故的原因終于查明:衛星上加注了60千克的無水肼燃料,星上遠地點發動機內也裝有653千克固體燃料,衛星本身就是一個大火工品。

但是,當時由于缺乏經驗,現場人員對肼燃料的性能和危險性并不清楚,對防靜電和環境溫濕度有什么要求等也不清楚。血的教訓,為我國航天事業積累了一筆極為可貴的財富。

“風云三號”微波成像儀“進口轉國產”

“風云三號”是我國新一代極軌氣象衛星,跟蹤世界先進水平,堪稱“創新之星”。其中,微波成像儀是一個重要載荷,主要用于遙感觀測全球降水、云的液水含量、地表植被、土壤濕度、海冰與積雪覆蓋等。在對地和大氣觀測,實現中長期數值天氣預報等方面有重要用途,是中國氣象局需求最迫切、關注度最高的衛星遙感設備之一。

當時,微波成像儀只有歐美可以生產,系統之復雜、技術難度之高,在世界航天界首屈一指,我國原計劃從國外進口該設備。但歐空局開價6000多萬歐元,極其昂貴;俄羅斯愿意低價提供樣機方案,但經三年多的合作,仍無法實現工程研制。最后,我國決定自力更生,在上海組建一個研究室,專門攻克微波成像儀。但此時,已經比整星研制落后了一年半。

難度之大、時間之緊,非同小可。據中國航天科技集團八院參與設計的何勇禮回憶,當初組建的20多人研究室,在巨大的壓力下最后只剩下了6人。實在“熬不下去”的時候,連帶頭人呂利清都悄悄打好了辭職報告。但最終,他帶領核心團隊成員咬牙堅持了下來。這一堅持,就是8年。

按照方案,微波成像儀包括探測頭部、中央處理器、掃描驅動機構及控制器等多個功能模塊,整機重量有150公斤左右。但經過多次協調,總體的重量指標最多只有100公斤。有一天,萬般無奈的呂利清沖到了工程總師孫敬良的面前,大聲說道:“我要打官司!”

孫敬良看著這個情緒激動的青年人,一面和藹地讓他坐下,一面拿過資料,認真地看了起來。孫敬良用衛星工程系統間為數不多的余量,全力支持國產微波成像儀的研制工作。沒過多久,微波成像儀的重量指標放寬到了150公斤,國產化的研制工作迅速地走上了正軌。

經過日夜鏖戰,2004年,我國第一臺微波成像儀模樣機終于問世,性能指標滿足“風云三號”氣象衛星的全部要求,并且一舉突破了所有的關鍵技術,為后面初樣和正樣的研制工作掃清了技術障礙。

目前,微波成像儀已經成功地應用于4顆“風云三號”氣象衛星,應用成果顯著。2013年1月初,我國極地科考船“雪龍號”被困南極,就是利用“風云三號”微波成像儀探測的數據,分析出被困原因,并給出該海域海冰覆蓋變化的總體趨勢。2017年2月21日,全國各地大幅降溫,京、豫、魯等地普降大雪,中國氣象局運用“風云三號”衛星微波成像儀探測的數據,很快就制作出積雪深度圖。

今年11月15日,我國成功發射的“風云三號”D星上的微波成像儀,具有10個遙感通道,探測頻率覆蓋、探測靈敏度、定標精度等性能,已與美國DMSP遙感衛星載荷相當,達國際先進水平。

尤為可喜的是,中國航天科技集團八院的“70后”“80后”設計師,已成為微波成像儀的研制主力軍。我國航天事業,正是在一代代航天人艱難曲折的探索中,前赴后繼、薪火相傳,不斷創造新的輝煌!

未來十年,我國還將發射10多顆風云氣象衛星。包括風云二號衛星1顆,風云三號衛星4顆,風云四號衛星2顆,降水測量雷達衛星2顆,晨昏軌道衛星、靜止軌道微波探測衛星、高精度溫室氣體綜合探測衛星、大氣環境監測衛星各1顆。

預計到2030年左右,我國第三代極軌和靜止氣象衛星將形成全球觀測系統,對地球氣候系統進行全天候、全天時、三維、定量探測,滿足我國氣象、水文、農業、防災減災、氣候變化、保障國家安全等需求,將有力提升我國國際影響力。(記者張建松)

標簽： 氣象衛星 背后 風云