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今年，是我國“風云”氣象衛(wèi)星正式命名40周年，11月28日，一場名為“叱咤風云——中國風云氣象衛(wèi)星四十載的壯麗征程”專題展覽在上海開幕。就在半個月前（11月15日），我國第二代極軌氣象衛(wèi)星風云三號D再次發(fā)射成功，璀璨星空又多了一顆“中國星”，而在兩個月前（9月26日），風云四號A星正式交付使用，成為世界氣象衛(wèi)星的“領跑”之星。

我國是世界上氣象災害最嚴重的國家之一，氣象災害損失占所有自然災害總損失的70％以上。氣象災害種類多、分布地域廣、發(fā)生頻率高、造成損失重。在全球氣候持續(xù)變暖的大背景下，各類極端天氣氣候事件更加頻繁，強臺風、大暴雨等極端氣象災害多發(fā)、重發(fā)趨勢明顯。

今年是風云氣象衛(wèi)星正式命名四十周年，11月28日，由上海航天技術研究院與上海交通大學錢學森圖書館聯(lián)合推出的“叱咤風云——中國風云氣象衛(wèi)星四十載的壯麗征程”專題展覽在錢學森圖書館開幕。展出至2018年2月28日。（圖片來源：上海交通大學新聞網(wǎng)）

為了提升全社會抵御氣象災害的能力，保護千家萬戶的生命財產安全，我國建立并完善了一套氣象防災減災體制機制。其中，氣象衛(wèi)星是這個體制機制的重要支撐，推進氣象災害防線前移。

1977年，國防科工委在上海召開氣象衛(wèi)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(wèi)星命名為“風云一號”。

今年11月15日，隨著我國第二代極軌氣象衛(wèi)星的第四顆衛(wèi)星——風云三號04星發(fā)射成功，到目前為止,我國已成功發(fā)射16顆氣象衛(wèi)星,現(xiàn)有9顆在軌穩(wěn)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(wèi)星在內的風云衛(wèi)星家族,是世界上第三個同時擁有地球靜止軌道氣象衛(wèi)星和太陽同步軌道氣象衛(wèi)星的國家，也是世界上在軌氣象衛(wèi)星數(shù)量最多、種類最全的國家。

“風云一號”A星僅活39天

萬事開頭難，作為我國研制的第一代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，“風云一號”A星的上天之路并不順利。1988年9月4日，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心，運載火箭燃料加注完畢，衛(wèi)星進入發(fā)射準備階段，西至喀什、南至海南的測控網(wǎng)站也已全部打開。指揮員發(fā)出命令:“5小時準備!”就在這關鍵時刻,發(fā)射控制中心的控制臺上突然失去了衛(wèi)星所有的遙測信號。指揮部不得不決定停止發(fā)射。

時任“風云一號”總設計師孟執(zhí)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(xiàn)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(wèi)星內部精密而復雜的零件逐一排查。

當時,火箭已經(jīng)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(jīng)出現(xiàn)了皸裂,再不發(fā)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(wèi)星成功升空。

1988年9月7日，中國啟用“長征四號”火箭，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功地發(fā)射了一顆試驗性氣象衛(wèi)星“風云一號”。這是中國自行研制和發(fā)射的第一顆極地軌道氣象衛(wèi)星。

但就升空后第39天,意外又發(fā)生了。在國家衛(wèi)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(wèi)星姿態(tài)發(fā)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(wèi)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(zhí)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(jīng)驗教訓,1990年9月3日,“風云一號”B衛(wèi)星再次成功發(fā)射。但還是由于經(jīng)驗不足,衛(wèi)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(tǒng)故障。

怎么辦?我國航天人員開展了一場長達75天的衛(wèi)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(jiān)視衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星搶救技術,曾獲得航空航天工業(yè)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(xù)衛(wèi)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(fā)生爆炸

“風云二號”氣象衛(wèi)星是我國自主研制的第一代地球靜止軌道氣象衛(wèi)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(wèi)星的國家。截至目前,共發(fā)射7顆,有4顆衛(wèi)星在軌運行,實現(xiàn)了“多星在軌,統(tǒng)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(jiān)測及天氣預報提供了實時動態(tài)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(wèi)星發(fā)射中心。發(fā)射隊為了全過程控制衛(wèi)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(huán)境溫濕度的凈化間。衛(wèi)星順利地加注了燃料,裝上了固體遠地點發(fā)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(wèi)星副總設計師李卿特地到無線測試間,發(fā)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(wèi)星,低著頭全神貫注監(jiān)視轉發(fā)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(fā)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(wèi)星上加注了60千克的無水肼燃料,星上遠地點發(fā)動機內也裝有653千克固體燃料,衛(wèi)星本身就是一個大火工品。

但是,當時由于缺乏經(jīng)驗,現(xiàn)場人員對肼燃料的性能和危險性并不清楚,對防靜電和環(huán)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(yè)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(wèi)星,跟蹤世界先進水平,堪稱“創(chuàng)新之星”。其中,微波成像儀(MWRI)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(xiàn)中長期數(shù)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(wèi)星遙感設備之一。

風云三號微波成像儀（圖片來源：東方網(wǎng)）

1994年，當時微波成像儀只有歐美可以生產,系統(tǒng)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(jīng)三年多的合作,到2000年底仍無法實現(xiàn)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(jīng)比整星研制落后了一年半。

難度之大、時間之緊,非同小可。據(jù)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(jīng)過多次協(xié)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(wèi)星工程系統(tǒng)間為數(shù)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(jīng)過日夜鏖戰(zhàn),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(wèi)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(jīng)成功地應用于4顆“風云三號”氣象衛(wèi)星,應用成果顯著,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。