风云四号气象卫星
中国第二代静止气象卫星
风云四号气象卫星,由中国航天科技集团抓总研制,是中国第二代静止轨道气象卫星。
风云四号静止气象卫星主要目标是:提高多通道扫描成像辐射计的时间和空间分辨率及区域观测的机动性,增强对中小尺度和灾害性天气系统的监测能力;开展大气垂直探测,实现静止轨道三维遥感,为天气预报特别是数值天气预报提供大气探测参数;在静止轨道上开展闪电观测,增加对强对流天气的监测手段;开展太阳活动和空间环境监测,加强空间天气监测预警。
2016年12月11日,风云四号首发星(又称FY-4A,简称“A星”)搭载长征三号乙运载火箭,在西昌卫星发射中心成功发射。2021年6月3日0时17分,风云四号B星(以下简称B星)搭乘长征三号乙运载火箭,在西昌卫星发射中心成功发射。
风云四号B星将与在轨运行的风云四号A星组网协同工作,中国新一代静止轨道卫星观测系统正式进入业务化发展阶段。风云四号A星、B星双星组网、东西相守,可提供更加及时、准确的观测数据,成功保障2022年北京冬季奥运会、杭州亚运会等大型活动,为汤加火山爆发、甘肃地震等灾区提供预报服务支撑和全方位跟踪监测。
发展简史
研制背景
中国卫星气象事业的发展最早从1969年开始,完成了从引进接收设备接收利用国外气象卫星资料,到研制发射自己的气象卫星与研制具有自主知识产权的地面应用系统的全部历程。
1988年9月7日,中国自行研制的第一颗极轨气象卫星风云一号气象卫星”A星发射成功,卫星图像纹理清晰,层次丰富。
立项研制
2008年10月,风云四号进入立项阶段。作为中国第二代静止气象卫星,风云四号大幅提高多通道扫描成像辐射计的观测能力,并装载新研制的干涉式红外大气垂直探测仪和闪电成像仪。风云四号气象卫星对云、云系、大气温湿度三度空间结构、下垫面物理状态属性的监测能力,比风云二号气象卫星有很大的提高。
风云四号卫星计划发展光学和微波两种类型的卫星。光学星按照东、西双星进行空间轨道布局,西部星观测区域覆盖中国西部、印度洋红海中东地区并西接欧洲,东部星观测区域覆盖中国中东部、扩大到广大太平洋地区。微波探测卫星单星运行,定点在能覆盖中国国土为主的最佳空间轨道位置。
“风云四号”卫星是由中国航天科技集团第八研究院(上海航天技术研究院)研制的第二代地球静止轨道(GEO)定量遥感气象卫星。风云四号气象卫星采用三轴稳定控制方案,接替自旋稳定的“风云二号”卫星,在功能和性能上实现了跨越式发展,“风云四号”卫星的辐射成像通道增加为14个,覆盖了可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段,接近欧美第三代静止轨道气象卫星的16个通道,可为天气分析和预报、短期气候预测、环境和灾害监测、空间环境监测预警,以及其他应用提供服务。能够提供针对陆面、水体、闪电、空间天气的持续监测数据。
根据任务安排,2025年前,中国将发射风云四号C星——微波探测卫星,并与在轨的风云四号光学卫星协同使用,在国际上率先形成探测手段齐全的高轨气象卫星体系。
运行过程
2016年12月11日零时11分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射“风云四号”卫星,正式命名为风云四号A星(又称FY-4A,简称“A星”)
2017年5月,风云四号A星在完成在轨测试后,提前进行业务观测的准备工作,其位置从东经99.5°赤道上空的在轨测试位置漂移到风云静止卫星的业务观测位置(东经105度)附近的东经104.7度赤道上空。2017年7月18日,中国气象局召开风云四号A星在轨测试总结评审会,认为卫星各项功能、性能指标符合研制总要求,在轨测试取得圆满成功,具备在轨交付条件。2017年9月25日,卫星正式交付中国气象局,标志着中国静止轨道气象卫星观测系统实现了更新换代。
2018年5月8日,全部国家级气象业务平台完成风云二号气象卫星到风云四号A星的业务切换,中国以及亚太地区用户已可正式接收风云四号A星数据,标志着风云四号A星已正式投入业务运行,开创了首颗试验星直接投入业务运行的先河。
2021年12月11日,风云四号A星在轨稳定运行5年,达到考核寿命要求;2022年1月,风云四号A星正式成为空间与重大灾害国际宪章的值班卫星,继续在全球台风、强对流、洪涝、火灾、火山喷发、干旱、高温、溢油、冰雪灾害等灾害监测评估中贡献力量,发挥风云气象卫星在国际气象防灾减灾救灾和服务“一带一路”建设中的作用。
2024年3月5日,风云四号B星成功接替风云四号A星,在东经105度的静止轨道上恢复业务服务。B星轨位调整后,监测范围进一步西移,能为更多共建“一带一路”国家服务,提供天气预报、防灾减灾救灾等所需数据支撑。
科研成就
2017年2月27日,风云四号A星首批图像和数据发布,经过初步分析,图像层次分明,云层和地表纹理丰富,风云四号A星的主要探测功能得到全面验证,综合探测能力达到国际领先水平。
截至2023年12月,使用风云气象卫星数据的国家和地区已达到121个,其中包括85个共建“一带一路”国家和地区;全球92个国家和地区的1400多名学员接受了相关技术培训。其中,风云四号A星观测范围覆盖亚太、太平洋中西部和印度洋地区及共建“一带一路”国家和地区,可实现对台风初生地区的观测覆盖。每天24小时不间断获取多类遥感数据,卫星数据在数值天气预报、高影响天气实时监测和短临预报、气象防灾减灾、重大活动气象保障支撑、“一带一路”气象服务等方面发挥了重要作用。
系统设计
卫星设计
风云四号卫星采用SAST5000平台,六面柱体结构,具有对地面积大、质心低等优点。采用单太阳电池翼方案,预留完整的对应一侧用作载荷辐射制冷器的散热面。采用三轴稳定姿态控制,与自旋稳定方式平台相比可显著提高对地观测效率,并为大气垂直探测和闪电观测提供必备条件。采用双总线体制,星务管理由低速1553B总线实现,载荷观测数据采用Space-Wire总线传输,配置灵活、可靠性高。卫星平台包括结构、热控、姿轨控、推进、电源、测控、数管、总体电路、数传、转发、数据收集等分系统。
仪器设备
风云四号卫星主要探测仪器为先进的静止轨道辐射成像仪、干涉型大气垂直探测器、闪电成像仪、快速成像仪、CCD相机地球辐射收支仪,地球圆盘图成像时间为15分钟。静止轨道辐射成像仪的成像观测通道为14个以上,全圆盘图像观测时间为15分钟,最高空间分辨率500米。卫星还配置有912个光谱探测通道的干涉式大气垂直探测仪,光谱分辨率0.8cm-1,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测。
静止轨道辐射成像仪
静止轨道辐射成像仪(AGRI)是风云四号静止气象卫星的主要载荷之一,通过精密的双扫描镜机构实现精确和灵活的二维指向,可实现分钟级的区域快速扫描;采用离轴三反主光学系统,高频次获取超过14个波段的地球云图,并利用星上黑体进行高频次红外定标,以确保观测数据的精度。主要承担获取云图的任务,具备了捕捉气溶胶、雪的能力,能清晰区分云的不同相态和高、中层水汽。
干涉式大气垂直探测仪
干涉式大气垂直探测仪(GIIRS),干涉式大气垂直探测仪是国际上第一台在静止轨道上以红外高光谱干涉分光方式探测三维大气垂直结构的精密遥感仪器,在FY-4A上采用32×4面阵探测器、在FY-4B上采用16×8面阵探测器,通过阿尔伯特·迈克尔逊干涉分光方式观测不同谱段的红外辐射,获取大气温度和湿度的垂直分布,为气象预报提供大范围、连续、快速、准确的遥感信息。
闪电成像仪
闪电成像仪(LMI)是全球第一批两颗静止气象卫星闪电成像仪之一,采用CCD面阵和光学成像技术,对观测区域内包括云闪、云间闪、云-地闪在内的总闪电进行凝视观测,实现对雷暴系统的实时、连续监测和跟踪,为强对流天气监测、民航、铁路、电力等行业安全保障等提供服务。
空间环境监测仪器(SEP)
空间环境监测仪器(SEP)包含有高能粒子探测器、磁强计和空间天气效应探测器,具备监测太阳活动和空间环境的能力,探测通道数量、探测精度显著提高。
卫星管理
风云四号卫星工程由国防科工局组织实施,卫星主用户为中国气象局。卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团上海航天技术研究院、中国运载火箭技术研究院研制,测控通信系统由西安卫星测控中心负责,地面应用系统建设由中国气象局国家卫星气象中心负责。
风云四号卫星地面应用系统中的数据采集工具和测控系统、任务管理与控制系统、定位与配准系统、定标与真实性检验系统、产品生成系统、计算机网络系统等系统建在北京气象卫星地面站内。数据服务系统、应用示范系统、空间天气系统建在国家卫星气象中心大楼内,在大楼的二层机房内建有卫星运行指挥控制中心,对中国在轨运行的极轨和静止气象卫星进行状态监视、任务管理、应急处理及指挥控制。在广州站建设包括数据获取和测控需要在科研试验卫星阶段进行验证的部分系统,在业务卫星发射前进行扩充建设。
性能参数
综述
风云四号卫星是中国新一代静止轨道气象卫星,风云四号A星在世界上首次实现静止轨道成像观测和红外高光谱大气垂直探测综合观测,首次实现了中国天基闪电观测,风云四号B星搭载的快速成像仪首次实现全球静止气象卫星空间分辨率最高(250m)的观测,区域扫描仅需1分钟,大幅提升卫星对地观测效率和时空分辨率,是中国气象卫星技术从跟跑并跑转向并跑领跑的实践者。主要的功能亮点表现在实现了静止轨道上的三维大气廓线探测、高空间分辨率高频次观测和闪电时空分布探测。
观测模式
风云四号卫星成像仪每日获取40幅全圆盘云图,165幅中国区域云图,中国区域观测,范围为北纬3°-55°,东经60°-137°。
成像仪观测模式如下:
每小时一次全圆盘观测,时间为整点—整点过15分钟。
每3小时进行一次连续3幅全圆盘观测,时间为00:00(世界时,下同)/03:00/06:00/09:00/12:00/15:00/18:00/21:00时次全圆盘云图和该时次前后各一幅全圆盘云图,例如:00:00的连续3幅全圆盘观测时间为23:45-23:59:59、00:00-00:14:59、00:15-00:29:59。
无全圆盘观测时进行5分钟中国区域观测。
每15分钟观测空隙内进行定位定标观测。
星下点午夜进行飞轮卸载停止观测。时间为17:15-17:30。
风云四号A星
与国际同类卫星相比,风云四号A星装载的先进的静止轨道辐射成像仪,其14个成像通道与国际水平相当。装载的干涉式大气垂直探测仪在世界上首次实现了静止轨道红外高光谱探测,可以获取大气温湿度三维结构,处于国际领先水平。风云四号装载的闪电成像仪首次实现了对亚洲大洋洲区域的静止轨道闪电持续观测。国外只有美国新一代静止轨道气象卫星GOES-R搭载了闪电成像仪对西半球美洲区域进行观测。
风云四号B星
风云四号B星装载的先进的静止轨道辐射成像仪与国际同批卫星水平相当;装载的干涉式大气垂直探测仪处于国际领先水平,国外只有欧洲MTG-S计划搭载的高光谱红外垂直探测仪具备静止轨道垂直探测能力;装载的快速成像仪首次实现全球静止气象卫星空间分辨率最高(250m)的观测。
应用领域
风云四号搭载的干涉式大气垂直探测仪与静止轨道扫描成像辐射计“联手”,在全球首次实现静止轨道上三维大气的立体监测。此外,“风云四号”能够提供针对陆面、水体、闪电、空间天气的持续监测数据。可为天气预报、灾害预警等提供重要支撑。
国家级和31个省级现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统(MICAPS)的业务平台软件已升级,预报员可以通过业务平面调取“风云四号”监测的红外、水汽、中红外、可见光等图谱数据和资料。
大事记
2008年10月10日,风云四号气象卫星工程进入立项阶段,标志风云四号工程正式启动。
2010年,风云四号气象卫星科研试验星工程研制项目立项获得国务院批准。
2010年8月,风云四号卫星方案转初样评审通过,会议同意通过风云四号卫星方案转初样评审。
2012年3月,风云四号进入初样研制。
2013年1月,风云四号科研试验卫星已进入正样研制阶段。
2013年3月,风云四号初样鉴定星进入结构总装。
2013年7月,风云四号鉴定星转入电测试。
2013年11月,风云四号推进分系统整星级地面热试车成功。
2014年2月,风云四号高轨光学遥感热平衡试验。
2014年3月5日,风云四号闪电成像仪初样鉴定产品通过验收
2015年1月28日,风云四号转入正样研制开始生产首发星(01星)。
2015年6月,风云四号转入热控改装阶段。
2016年12月11日,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星(01星)。这不仅意味着中国未来的天气监测与预报预警将更为准确,而且也代表着中国在气象卫星这一高端领域已经达到世界先进水平。
2017年2月27日,随着中国新一代静止气象卫星风云四号A星获取首批图像和数据,世界第一幅静止轨道地球大气高光谱图正式亮相,与此同时,中国首次获取彩色卫星云图和闪电分布图。
2017年9月25日,中国新一代静止轨道气象卫星风云四号正式交付用户投入使用,标志着中国静止轨道气象卫星观测系统实现了更新换代。
2018年5月8日零时起,中国以及亚太地区用户可正式接收“风云四号”A星数据。 
2018年8月,风云四号A星交付使用后,西昌卫星发射中心迅速建设并投入使用风云四号地面接收系统,提高了对强对流等天气的气象预报保障能力。 
价值意义
环境监测
中国以及亚太地区用户可正式接收“风云四号”A星数据。同时,全部国家级气象业务平台完成“风云二号气象卫星”到“风云四号”卫星业务切换。可为天气预报、灾害预警等提供重要支撑。
风云四号卫星可以更加精确的开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测。风云四号静止气象卫星高时空分辨率成像资料、闪电监测资料、大气三维温湿度探测资料和空间天气监测资料将在天气监测与预报、气象防灾减灾、应对气候变化、生态环境监测、航空和空间天气等领域得到广泛应用。如对台风分析和预报方面,能够3每分钟对台风区域进行观测,高频次观测可提供台风云结构及其演变的精细化动态信息,特别是对台风眼区的监测,可弥补目前在轨卫星云图分辨率和时间分辨率不够高的缺点,为台风定位、定强提供更可靠更精细的观测资料。
风云四号卫星对灾害及环境监测、人工影响天气、支持大气科学前沿性探索、空间天气研究提供有力支持。风云四号静止轨道气象卫星的研制与发射,对满足中国日益增长的天气预报、气侯预测和环境监测等方面的迫切需求,保证中国静止轨道气象卫星在轨业务运行和应用服务的连续性,迅速提升中国在实时、动态气象观测方面的能力。
国际合作
全球有四个国家和地区拥有静止气象卫星。其中欧洲美国卫星主要覆盖西半球,中国、日本的卫星主要负责东半球天气监测。此次中国主业务卫星切换为“风云四号”后,除了国内用户能够第一时间获取新产品外,东南亚、东亚和大洋洲多个国家都可同步接收。相关用户可以通过“风云四号”卫星直接数据广播、中国气象局卫星数据广播系统、中国遥感数据网等渠道获取卫星数据和产品。
风云四号卫星进一步拓展了国际合作,促进开放共享。风云四号卫星有助于提高中国气象卫星全球观测能力,为全球观测系统的发展做出应用的贡献,同时为“一带一路”倡议的实施提供强有力的支持,提升中国参与全球竞争的能力,增加中国在相关国际活动中的话语权。
目录
概述
发展简史
研制背景
立项研制
运行过程
科研成就
系统设计
卫星设计
仪器设备
静止轨道辐射成像仪
干涉式大气垂直探测仪
闪电成像仪
空间环境监测仪器(SEP)
卫星管理
性能参数
综述
观测模式
风云四号A星
风云四号B星
应用领域
大事记
价值意义
环境监测
国际合作
参考资料