30年“追星人”曹静 畅谈气象卫星的奥秘

广州气象卫星地面站高级工程师曹静在珠江科学大讲堂开讲

12月10日，广州气象卫星地面站高级工程师曹静以30年风云气象卫星“追星人”的身份做客珠江科学大讲堂第57期，借助气象卫星这双“天眼”，带领听众探索气象卫星研制与发射的成果历程。

　　极轨卫星与静止卫星
　　一个像男孩一个像女孩
什么是“风云气象卫星”?曹静首先介绍道，风云气象卫星就是在太空上能够观测地球和大气的一种人造卫星。因为它搭载了一些仪器使它能够观测地球和大气，这些仪器能够接收所有物体当中的电磁波辐射，收到以后再把它转化为一种电信号传到地面站，传到地面站以后我们就开始处理这些信息，它最后的表现形式就是我们日常看到的云图和数据。
据了解，为了得到更广阔天地的气象数据，人类经过了很多的摸索，1960年4月1日，人类终于有了第一颗气象卫星，由美国研制发射，名字叫TIROS-1，开辟了人类观测地球和大气的新纪元。
目前，我国总共发射了17颗风云气象卫星，其中有8颗是极轨卫星。极轨卫星就是绕着两极转动的卫星，“我们可以把极轨卫星想象成调皮的男孩子”曹静形容地比喻道。而静止卫星更像安静的女孩子，是跟地球同步转动的卫星。极轨卫星派、静止卫星派有着不同的任务，极轨卫星102分钟才回来一次，所以它对某一个地方的监测不是连续的监测。而静止卫星比较安宁，它就看这一块，但是它的视野很广，能够看地球表面1/3的面积。
因为一颗卫星能看地球面积的1/3，在轨道上放3个卫星，整个地球就能看到了。为什么静止卫星能看那么多，还需要发射发极轨卫星呢?曹静介绍说，它们二者有一个互补关系，极轨卫星比较低，在800多公里的轨道;而静止卫星离得比较远，记录下来的东西比较宏观。
据了解，我国1988年发射了第一课风云气象卫星，其实，早在1969年就决定研制，整整孕育了19年半的时间;从极轨第一代到第二代卫星，中间历经20年;静止卫星因为轨道比较高，发射难度很大，技术要求也高；从第二代到第三代也是整整20年的时间。
“我当了30年的“追星人”，现在给大家展示一张图，它很像一条龙，这就是第一颗业务卫星拍下来的第一张图”，曹静现场分享道。
“业务静止卫星非常争气，C星、D星组合发射以后运转得非常好，E星还会搬家，我们在卫星上也要控制卫星不要漂移，C、D星在控这些卫星，要一直否它到离开我们的监视范围，到它的燃料耗尽为止。到了F星更就不得了了，原来我们是半小时观测一次，它可以达到6分钟观测一次”，曹静继续介绍业务卫星的厉害之处。到现在，气象卫星风云四号，装备着目前世界上最领先的仪器，其闪电监测仪，每一秒种拍闪电500次。
　如何把卫星送上天?
　　离不开“四位亲戚”
“光有卫星，没人把卫星送上天也不行”，曹静认为，卫星发射基地、火箭、运控部门、地面站这“四位亲戚”在其中发挥重要作用。
而卫星怎么飞出地球的?它有第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度等，当达到第二宇宙速度的时候就会脱离地球引力，达到第三宇宙速度的时候就会脱离太阳的引力。
卫星发射的时候要穿过对流层，如果它在穿行的时候有强大的天气系统，很可能将会导致失败；穿过对流层以后，到了中高层大气之后还有风切变，它有可能会把航天器撕裂；之后到了电离层，那里有很多高能粒子，如果卫星防辐射做得不好，高能粒子把卫星打破了；最后，到了八百多公里的轨道，就是极轨卫星运行的轨道，其间很多太空垃圾，在那里很可能会被撞到……所以，各个阶段，都要做好相关预报工作。卫星上天以后，有的会跟卫星撞，有的会跟碎片撞，目前有很多手段来规避这样的事件发生。
那么，卫星发射的时候怎么找窗口期? 曹静回答道，发射卫星，比如，看当地的天气气候，看哪个时间点适合发射。实际上每个基地都有气象保障部门，它都会根据当地的气候特点来决定发射。
　　设想未来的气象卫星运用
　　数据共享贡献大
气象卫星能干什么呢?首先是用于天气预报，比如，在台风预测上，通过台风眼来了解台风大小；到现在，是给地球做“CT扫描”，地球每一层的状况都能被清晰地看到；气象卫星还能告诉我们哪里最热。
目前，我国建有风云卫星数据中心，这是国内最大的遥感卫星数据共享中心。“我曾经看过美国人对航天领域做的太空+人工智能，我想我们气象卫星中心应该做一个气候和大气查询的接口，这对专业部门来说已经有了，但是我们普通人能否通过查询和理解这门科学进而热爱这门科学呢，那么要做的工作就需要不同浏览器兼容、不同平台获取数据便利、不同格式统一、图像完全抽象化，历史巨型数据库实时更新，然后我们再通过巨型计算机得到结果。”曹静谈道。