风云卫星定标定位团队:在毫厘之间坚守“匠心”

2024-11-25 14:59:41 来源:天气频道

卫星云图常在《天气预报》中与公众见面,背后的工作却鲜为人知。给卫星定标和定位是制作卫星云图的第一步,也是最基础的一步,要提高卫星资料的定量化应用水平,关键在于解决好卫星资料的定标和定位问题。曾有多位院士表示,遥感卫星的定标问题是提升资料应用水平的瓶颈。

中国气象局风云卫星高精度定标与定位技术团队荣获第十七届中国青年女科学家奖团队奖,无疑是对卫星定标和定位工作者几十年如一日在毫厘之间“较劲儿”的肯定。

一份选择——

始于热爱,忠于责任

卫星的定标与定位是一项什么样的工作?简单地说,卫星观测的信号值不能被直接使用,需转换成一定的物理量才能科学应用,这个过程就是定标的过程。而定标又分为辐射定标和几何定标,辐射定标是把卫星观测的原始数据转化为地球大气的辐射量,几何定标是把数据转化为地球上精确的经纬度位置,只有经过这样的转换,卫星资料才能应用。

为了做好这最基础也是最关键的一步,一大批科技工作者投身其中,团队带头人漆成莉就是其中一员。1999年,漆成莉还在南京气象学院(现为南京信息工程大学)农业气象专业学习,一次偶然的机会,她在《中国气象报》上看到一则与风云一号卫星相关的报道,这在她心中埋下了一颗“种子”。大四时,她选修了与遥感相关的课程,此时的她对气象卫星产生了浓厚兴趣,于是她毅然决然地选择报考气象卫星方向的研究生。从这时起,她就与风云卫星结下了不解之缘。

漆成莉介绍,团队里每个人最开始选择这份工作,大部分都源于热爱,慢慢地转化为一种责任。1986年出生的王静,是团队的年轻力量代表,如今她也成长为骨干成员。“能和这样一群志同道合的人做喜欢的事儿,荣幸之至!”她说。

正所谓万事开头难,我国风云气象卫星亦是如此。1977年11月,伴随着改革开放的曙光,我国第一颗气象卫星“风云一号”进入工程研制轨道。经过艰苦努力,1988年9月7日,风云一号A星成功发射,并获取到第一张卫星云图,引起国际气象界轰动。然而,由于姿态控制问题,第一颗风云卫星只工作了39天便消失在茫茫太空中。随后几颗卫星也同样由于技术原因,工作时间都不是很长。

惨痛的教训让气象和航天工作者更加警醒。孙家栋、曾庆存、许健民……一代代科研人员,不知攻克了多少技术难关,熬过了多少个日日夜夜,风云气象卫星事业终于迎来柳暗花明:1999年风云一号C星和2004年风云二号C星,成功突破了长寿命稳定运行的技术瓶颈,使我国具备了提供长期连续业务观测资料的能力。迄今,我国已成功发射19颗风云系列气象卫星,7颗在轨卫星铸就全球观测能力,综合性能达世界先进水平。

“我们赶上了一个好时代,踏着无数前辈用汗水蹚出来的路,将风云气象卫星数据应用到了国际舞台,我们有责任通过努力将风云气象卫星的效益发挥到极致,也有义务将这份荣誉传承下去。”漆成莉说。

人心齐泰山移——

她们在毫厘之间追求极致

风云三号和风云四号是我国新一代气象卫星,其升级换代给定标和定位工作带来了前所未有的挑战。国家卫星气象中心充分发挥集中力量办大事的优势,将分散在各个处室的定标、定位人员聚合起来,组建了风云卫星高精度定标与定位技术团队,对关键技术进行集中攻关。

团队共16个人,女性占50%,漆成莉用“细致、严谨、锲而不舍、精益求精”来形容团队成员。卫星定标和定位工作直接关系到数据的精度和稳定度,追求完美、极致是可贵的品质。以红外波段定标精度为例,精度从1K(开尔文)到0.5K容易突破,但从0.5K开始,每精细0.1K都特别难,所以她们必须在毫厘之间“较劲儿”,才能达到0.1K的进步。

团队里每个人都有主攻方向,每个方向都有难啃的“硬骨头”。商建的主攻方向为主动微波遥感,她认为卫星的定标和定位是一个长期攻关的过程,团队成员必须对工作保持足够的投入和忠诚度,并具有很强的合作意识;王玲主攻太阳反射波段定标,她对合作精神感受最深,工作遇到困惑时有人指引,生活中遇到烦恼时能向人倾诉,让她觉得团队很温暖。

可谓“人心齐泰山移”,这些“硬骨头”在她们锲而不舍的攻关中,被逐一啃下——

红外高光谱定标是漆成莉的主攻方向,高光谱仪器的特点是它的各方面性能都优于低光谱仪器,但是需要新的技术做光谱定标,在辐射定标方面,低光谱仪器精度使用要求在1K左右,而高光谱仪器精度必须小于1K甚至在0.5K以内。此前,我国这项技术尚为一片空白。2012年,漆成莉赴美学习高光谱仪器的定标技术。2013年,回国后的她与三四位同事组成红外高光谱定标攻关团队,而此时欧美国家红外高光谱定标团队的成员多达几十人,这些技术往往需要提前十年进行技术攻关,当时漆成莉的压力可想而知。功夫不负有心人,2017年,风云三号D星发射,漆成莉顺利完成了红外高光谱的定标技术攻关并实现应用。

主动微波遥感的定标与定位也让商建吃了不少苦头。2021年7月,风云三号E星发射,这是世界首颗民用晨昏轨道气象卫星,其上有国内首个双频双极化风场测量雷达,是风云系列卫星上的首个主动探测仪器,对该仪器的定标和定位是攻关的难点。商建回忆,这项技术没有任何参考,只能从各种复杂的问题中抽丝剥茧,逐个击破,最难的时候,团队成员几个月都以办公室为家。

经过多年攻关,团队突破了太阳反射波段星上定标、红外高光谱辐射和光谱定标、微波在轨及交叉定标、三轴稳定静止卫星图像定位等关键技术,研发了我国第二代气象卫星定标和定位核心软件,红外和太阳反射波段定标精度分别达到0.2K~1K和5%,极轨卫星定位精度为0.75公里,达到国际先进水平,为中国、“一带一路”沿线国家和全球数值预报提供卫星资料服务。

压力与成就并存——

时时被检验,时时接受考验

漆成莉表示,风云气象卫星是“国之重器”,为卫星资料定标和定位是一份压力和成就并存的工作。她们提供的卫星数据,可直接用于国内外数值预报模式以及各项业务中,数据的精度和稳定性要时时被检验。

团队每个人都分管一类卫星仪器,她们被称为仪器负责人。卫星上某一个仪器出现任何一点异常,都要反馈给仪器负责人,由仪器负责人进行分析,并在24小时内和仪器研制方沟通协商解决方案。在采访的短短一个小时里,漆成莉的电话响了5次。

“仪器负责人就是仪器的‘大家长’。”漆成莉说,仪器负责人沟通的工作量非常大,比如一颗风云气象卫星有十几个仪器,每个仪器有不同的研制方,在卫星发射前的两三年里,需从仪器的指标规划、可行性论证,到仪器研制、指标复核,再到卫星发射后各项在轨测试,全链条跟踪提供保障。

团队还承担着一项非常重要的任务——风云卫星未来规划。由于卫星工程建设和维护投入巨大,而且应用需要提前研究准备,团队发展了风云卫星观测仿真系统,用于模拟和评价卫星观测系统和指标设计的应用效果,目前该系统正在应用于我国第三代风云气象卫星——风云五号的规划论证。

经过多年拼搏,团队成员成为卫星定标与定位技术开发中的中流砥柱,获得国际和国家级大奖12项、省部级奖项10项,3人入选中国气象局科技领军人才。

今年6月,在世界气象组织执行理事会第75次届会上,中国气象局党组书记、局长庄国泰宣布,风云三号E星和风云四号B星的主要数据产品将向全球用户开放合作。至2025年,我国还将发射5颗风云气象卫星。漆成莉说,从“新星”的应用到未来将发射的风云气象卫星,团队将继续提高卫星定标与定位的精度,攻关下一代风云气象卫星科学指标论证的5大核心技术,促使风云气象卫星数据达到国际一流水平,卫星规划达到国际领先。