近日，據(jù)中科院上海技術物理研究所獲悉，該所研制的多通道掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀在衛(wèi)星上同時運行，也經(jīng)受住了考驗，并在國際上率先實現(xiàn)了高時效的對地三維大氣探測。

　　去年底發(fā)射升空的我國第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星風云四號A衛(wèi)星2月26日首次進入地影，自從升空后，有效載荷就已順利開機，陸續(xù)傳回大量氣象探測數(shù)據(jù)，星上設備經(jīng)受住了第一輪太空中巨大溫差變化的嚴酷考驗。

　　干涉式大氣垂直探測儀是國際上第一臺在地球靜止軌道衛(wèi)星上運行的紅外高光譜設備。據(jù)項目主任設計師丁雷副所長介紹，該儀器相當于把實驗室的高精度分析儀器放到了3.6萬千米以外的軌道上，以光線干涉方式，對地面目標實施大氣垂直分布剖面的長期連續(xù)探測。在長波紅外和中波紅外波段，更是可以實現(xiàn)1500個以上細分光譜的探測，這相當于給大氣做超過1500層的精細“立體CT”。它為人類深入研究大氣對流，更精細預測災害性天氣，提供了新的可能。

　　世界氣象組織空間計劃衛(wèi)星事務資深咨詢專家蒂爾曼·莫爾表示，風云四號的載荷已與日本、美國、歐洲和韓國最先進的靜止氣象衛(wèi)星水平相當，“國際氣象界都在迫切盼望使用這種新型數(shù)據(jù)”。

　　與1997年升空的風云二號相比，風云四號的多通道掃描成像輻射計也實現(xiàn)了技術的代際跨越。它每15分鐘就可以對地球圓盤掃描成像一次，還新增高速區(qū)域掃描功能，能以最快30秒獲取一張圖的速度，對100萬平方公里范圍進行多光譜密集觀測。而且，“風云四號采用不同于以往自旋方式的架構，這需要儀器能夠適應極大的溫差變化。”項目主任設計師王淦泉說，這是世界級難題，歐洲空間局就因為該設計難度太大而未敢在業(yè)務氣象衛(wèi)星上嘗試。

　　據(jù)悉，儀器的每一組鏡頭都由40多個鏡片組成，而它們的變形誤差必須小于1微米。即使在地面上，一陣輕風吹過或在旁邊打個手機，都會影響它的精度。上海技物所的科研人員對儀器進行了巧妙熱結構設計，主動溫控精度可以達到士0.1℃，能在-130℃到150℃的劇烈溫差下穩(wěn)定工作。

　　通過近20年的努力，研發(fā)團隊先后破解了亞秒級指向精度的碳化硅雙掃描鏡二維掃描機構研制技術、高靈敏度面陣探測器技術、甚長波紅外探測技術等技術難題，填補了多項國內(nèi)空白，實現(xiàn)了所有核心技術自主研發(fā)，成功打造出新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星的兩只“中華慧眼”。

　　“中華慧眼”實現(xiàn)代際跨越

　　太空中，剛從太陽的炙烤中鉆入地影，去年年底發(fā)射上天的風云四號靜止軌道氣象衛(wèi)星上，兩臺完成代際技術跨越的儀器——新一代掃描成像輻射計、干涉式大氣垂直探測儀，經(jīng)受住了太空中巨大溫差變化的殘酷考驗，源源不斷地下傳遙感數(shù)據(jù)。

　　地面上，他們的研制者——中國科學院上海技術物理研究所風四載荷團隊的科學家們，長長松了口氣。15年的堅持與付出。首席科學家華建文說，這輩子能夠啃下這塊讓美國、歐洲都知難而退的硬骨頭，值了!

　　離地面3.6萬公里的地球靜止軌道上，這對嶄新的“中華慧眼”正傳回大量“中國數(shù)據(jù)”。其中部分數(shù)據(jù)是國際氣象界迫切期望使用的，除了中國的風云四號氣象衛(wèi)星，目前沒有任何一顆在軌衛(wèi)星能夠提供。

　　當別人放棄時，我們堅持

　　“沒有輻射計，就不是風四；沒有探測儀，就不是中國的風四?！鄙虾＜嘉锼彼L、探測儀主任設計師丁雷這句話所指的，是十幾年前，中科院院士匡定波力排眾議，支持研制干涉式大氣垂直探測儀的魄力。

　　1997年風云二號衛(wèi)星剛上天，下一代風云衛(wèi)星就已開始規(guī)劃?？锒úㄌ岢?，應該發(fā)展干涉式大氣垂直探測儀。這種利用傅立葉變換原理的探測儀，可以為大氣做“超級CT”——把大氣從地面開始“切片”，將100公里大氣切成上千層，測出每一層的溫度、濕度等數(shù)值，為災害性天氣監(jiān)視和大氣化學成分探測服務。

　　“比如青藏高原的冷空氣下沉，并流向東部，抬升那里的熱空氣。這個變化過程原來主要是理論推測，沒有實際觀測到過?！倍±渍f，而探測儀獲得的數(shù)據(jù)可能讓人類首次真切“看”到這個過程。

　　這是遙感領域紅外光譜技術的一場革命。早先，美國、歐洲都在朝這個方向努力，但到2006年，由于技術難度過大、所需經(jīng)費太多，美國放棄了，歐洲也大幅調(diào)整了計劃。

　　中國要不要繼續(xù)？

　　2001年回國來到技物所的華建文，在2005年底已帶領團隊調(diào)出了紅外干涉信號，原理樣機初步成功?？锒úㄕf：“盡管這塊骨頭很難啃，但只要把儀器送上天，就是邁出成功的第一步?！?

　　國際同行公認，探測儀“切片數(shù)”達到1000，是衡量探測質(zhì)量的分水嶺。“我們非但要做，而且把目標定在了1500層，這幾乎是一個夢想數(shù)值?！倍±渍f，既然要啃硬骨頭，就挑最難的嘗試。

　　如今，當中國的探測儀開始提供全球獨家的數(shù)據(jù)時，美國的研發(fā)隊伍尚未重新聚集，歐洲的儀器還要等到2022年才能發(fā)射升空。

　　“當別人放棄時，我們堅持；做成功了，就領先世界?！比A建文說，過去中國向國外衛(wèi)星要數(shù)據(jù)，現(xiàn)在是國際氣象界迫切需要中國的衛(wèi)星數(shù)據(jù)了。

　　為一顆星做一輩子，我愿意

　　光譜通道從5個拓展到14個；可見光空間分辨率從1.25千米提高到500米；地球全圓盤成像時間從30分鐘提高到15分鐘，未來還可繼續(xù)提高到5分鐘以內(nèi)……隨風云四號上天的掃描輻射計，與風云二號上的儀器相比，實現(xiàn)了技術的代際跨越。

　　成像輻射計的掃描機構瞄準拍攝點的精度有多高？主任設計師王淦泉說，相隔一個足球場的距離，在一邊放上成排的1萬枚針孔僅0.04平方毫米的細針，在另一邊用掃描機構的鏡子反射激光穿過小孔，可以準確穿過9997個。

　　為了精確評價掃描鏡的這個精度指標，王淦泉整整想了12年。無法檢測校準，又怎知儀器是否達標？2014年的一天，他偶然看到資料，有一種設備可以達到在千分之一秒內(nèi)測出0.1角秒的誤差?？蓢鴥?nèi)只有一兩家單位可能具備這種技術，但精度能否滿足掃描鏡的測試需求，卻是未知。

　　他花了一年多時間，往返于北京、西安等地，不斷與相關科研人員溝通，促成對設備的改進，終于做出了可以檢測掃描鏡動態(tài)精度檢測的儀器。

　　面對這么多從未挑戰(zhàn)過的技術難關，漫長的研發(fā)周期考驗著科研人員的定性。一般衛(wèi)星的研發(fā)周期是4-6年，但具備高精度定量應用特征的氣象衛(wèi)星的研發(fā)周期卻長達十幾年。一代氣象衛(wèi)星往往要先后發(fā)射好幾顆，從第一顆到最后一顆上天，又有好幾年，再加上在軌運行的維護任務——這輩子真的就只夠做這一批星了。

　　項目推進困難重重，團隊里的年輕人來了又走了，卻仍有不少人一直堅持著。探測儀團隊的“元老”之一王占虎動過離開的念頭，甚至還去應聘新工作，可想到做夢都想調(diào)出的第一束紅外干涉信號，最后一刻還是留了下來。“去年探測儀隨風四升空，從此感覺天空中多了一個親戚?！彼f，“為一顆星做一輩子，我愿意。”

　　航天器能做多好，取決于一個國家的工業(yè)基礎。即使科學家能夠設計出最新的載荷，如果關鍵器件沒有廠家能夠加工，仍舊是畫餅。

　　項目開始之初，研發(fā)團隊就飽嘗此中艱辛。根據(jù)設計要求，載荷中需要一些激光器、分光計，當時國內(nèi)找不到這些器件，他們發(fā)出100多封郵件，全球?qū)ふ疫@些產(chǎn)品。可是，當外方了解到具體參數(shù)后，就回絕了技術合作的要求，或者以沒有“銷售許可證”為由，不愿賣產(chǎn)品。

　　自己設計，自己研制，他們開始在國內(nèi)尋找合作企業(yè)。有一種名叫鋁基碳化硅的材料，跟鋁一樣輕，熱脹冷縮形變又小，導熱性能還特別好，但比鋁硬3倍，非常適合做風云四號這種熱環(huán)境復雜、輕量化程度要求高的衛(wèi)星載荷的結構件。可由于加工困難，一直沒用上。

　　2009年，國內(nèi)終于有企業(yè)能夠加工這種材料。他們馬上找到這家企業(yè)，和它一起改進技術，最終研制出了國內(nèi)首套鋁基碳化硅掃描機構框架，并成功應用在兩臺載荷中?，F(xiàn)在，這個行業(yè)已面對國內(nèi)廣泛的應用。

　　感應同步器中的碼盤是關鍵部件，掃描儀和探測儀能夠?qū)崿F(xiàn)高精度“指哪打哪”，它起著舉足輕重的作用。達到航天要求的產(chǎn)品，國際上也只有一兩家能做，一聽說產(chǎn)品精度這么高，他們都一口回絕。

　　最后，科研人員輾轉在常熟找到了一家民營企業(yè)。這家廠的主人，退休前是昆明機械廠的總工程師，曾參與過國家組織的相關產(chǎn)品的研發(fā)。不過，這家民企研制航天高可靠產(chǎn)品的經(jīng)驗不足。研制人員幾乎手把手幫著解決可靠性問題，最終研制出了滿足航天要求的國內(nèi)最高精度的感應同步器。

　　碳纖維編織材料、特種檢測設備、長壽命高性能潤滑脂……15年，風四團隊通過項目，帶動了多家民營企業(yè)技術升級?！氨M管民企沒有航天產(chǎn)品的管理體系，質(zhì)量跟蹤非常累?！比A建文說，“但看到自己的技術和業(yè)務引導，讓這些行業(yè)得到改變，這種成就與滿足感，不亞于衛(wèi)星上天?！睘榱司_評價掃描鏡的這個精度指標，王淦泉整整想了12年。無法檢測校準，又怎知儀器是否達標？2014年的一天，他偶然看到資料，有一種設備可以達到在千分之一秒內(nèi)測出0.1角秒的誤差。可國內(nèi)只有一兩家單位可能具備這種技術，但精度能否滿足掃描鏡的測試需求，卻是未知。

　　他花了一年多時間，往返于北京、西安等地，不斷與相關科研人員溝通，促成對設備的改進，終于做出了可以檢測掃描鏡動態(tài)精度檢測的儀器。

　　面對這么多從未挑戰(zhàn)過的技術難關，漫長的研發(fā)周期考驗著科研人員的定性。一般衛(wèi)星的研發(fā)周期是4-6年，但具備高精度定量應用特征的氣象衛(wèi)星的研發(fā)周期卻長達十幾年。一代氣象衛(wèi)星往往要先后發(fā)射好幾顆，從第一顆到最后一顆上天，又有好幾年，再加上在軌運行的維護任務——這輩子真的就只夠做這一批星了。

　　項目推進困難重重，團隊里的年輕人來了又走了，卻仍有不少人一直堅持著。探測儀團隊的“元老”之一王占虎動過離開的念頭，甚至還去應聘新工作，可想到做夢都想調(diào)出的第一束紅外干涉信號，最后一刻還是留了下來。“去年探測儀隨風四升空，從此感覺天空中多了一個親戚?！彼f，“為一顆星做一輩子，我愿意?！?

　　衛(wèi)星載荷帶民企一起“上天”

　　航天器能做多好，取決于一個國家的工業(yè)基礎。即使科學家能夠設計出最新的載荷，如果關鍵器件沒有廠家能夠加工，仍舊是畫餅。

　　項目開始之初，研發(fā)團隊就飽嘗此中艱辛。根據(jù)設計要求，載荷中需要一些激光器、分光計，當時國內(nèi)找不到這些器件，他們發(fā)出100多封郵件，全球?qū)ふ疫@些產(chǎn)品?？墒?，當外方了解到具體參數(shù)后，就回絕了技術合作的要求，或者以沒有“銷售許可證”為由，不愿賣產(chǎn)品。

　　自己設計，自己研制，他們開始在國內(nèi)尋找合作企業(yè)。有一種名叫鋁基碳化硅的材料，跟鋁一樣輕，熱脹冷縮形變又小，導熱性能還特別好，但比鋁硬3倍，非常適合做風云四號這種熱環(huán)境復雜、輕量化程度要求高的衛(wèi)星載荷的結構件?？捎捎诩庸だщy，一直沒用上。

　　2009年，國內(nèi)終于有企業(yè)能夠加工這種材料。他們馬上找到這家企業(yè)，和它一起改進技術，最終研制出了國內(nèi)首套鋁基碳化硅掃描機構框架，并成功應用在兩臺載荷中?，F(xiàn)在，這個行業(yè)已面對國內(nèi)廣泛的應用。

　　感應同步器中的碼盤是關鍵部件，掃描儀和探測儀能夠?qū)崿F(xiàn)高精度“指哪打哪”，它起著舉足輕重的作用。達到航天要求的產(chǎn)品，國際上也只有一兩家能做，一聽說產(chǎn)品精度這么高，他們都一口回絕。

　　最后，科研人員輾轉在常熟找到了一家民營企業(yè)。這家廠的主人，退休前是昆明機械廠的總工程師，曾參與過國家組織的相關產(chǎn)品的研發(fā)。不過，這家民企研制航天高可靠產(chǎn)品的經(jīng)驗不足。研制人員幾乎手把手幫著解決可靠性問題，最終研制出了滿足航天要求的國內(nèi)最高精度的感應同步器。

　　碳纖維編織材料、特種檢測設備、長壽命高性能潤滑脂……15年，風四團隊通過項目，帶動了多家民營企業(yè)技術升級?！氨M管民企沒有航天產(chǎn)品的管理體系，質(zhì)量跟蹤非常累?！比A建文說，“但看到自己的技術和業(yè)務引導，讓這些行業(yè)得到改變，這種成就與滿足感，不亞于衛(wèi)星上天?！?