杜骏豪

气象卫星的轨道

在谈气象卫星前，我们首先来聊聊两种人造地球卫星的轨道——太阳同步轨道（SSO）与地球静止轨道（GEO），气象卫星大都运行在这两种轨道上。

太阳同步轨道是经地球南北两极的近圆形轨道，所以又被称为“极轨”。“太阳同步”四个字准确地描述了这种轨道的特征：卫星每次飞越同一地点上空时，太阳照射该地的角度均相同。换句话说，运行在这条轨道上的卫星每天几乎都在同一时刻观测同一个地方，因此拍摄的地面图像有相同光照条件，有利于数据的获取与处理。风云一号和风云三号气象卫星就属于极轨卫星。

地球静止轨道位于地球赤道上空35786千米且轨道倾角为0度处。在此轨道运行的卫星绕地球运动的角速度与地球自转的角速度相同，与地面保持相对静止，可以连续对地观测与通信。风云二号和风云四号运行在这一轨道上。

简单概括就是太阳同步轨道卫星每天都在同一时间飞临你的头顶，而地球静止轨道卫星则一直高悬在你的头顶上空不动。

风云系列气象卫星目前共发展了两代，风云一号与风云二号属于第一代，风云三号与风云四号属于第二代。每一代都既包含太阳同步轨道卫星，也包含地球静止轨道卫星，它们各司其职，分工协作，为地面的气象工作者提供了各种宝贵的气象信息。

风云一号

1969年，一次始料未及的冰凌灾害席卷了大半个中国，严重影响了生产和生活的同时，还造成了大范围的通信中断。造成这次灾害的天气情况实际上已经在国外气象卫星的云图上有所显示，但当时我国获取这些资料还非常困难，因此周总理高瞻远瞩地提出：“要搞我们自己的气象卫星。”“面壁十年图破壁”，1977年11月，在气象卫星工程第一次总体方案论证会上，中国气象卫星工程被确定为“七一一”工程，我国的气象卫星正式定名“风云”，包含了“风”与“云”这两大自然现象，这注定了风云系列气象卫星的不凡使命。1985年10月，风云一号气象卫星工程被列入“七五”期间卫星型号发展的重点项目，我国第一代太阳同步轨道气象卫星风云一号的研制工作正式开始。

风云一号总共研制了两个批次，共计四颗。风云一号A星与B星是试验型卫星，风云一号C星与D星是总结经验提高设计标准后的业务型卫星。我国也由此定下了“先发试验星，后发业务星”的顺序，这成为我国发射气象卫星的传统。

1988年9月7日，风云一号A星发射成功，从此我国有了自己的气象卫星。A星入轨后14分钟，广州气象卫星地面站率先收到部分信号，并实时传送到了国家卫星气象中心，得到了我国第一幅卫星云图。不过就在卫星发射后的第39天，卫星姿态失稳，导致整星失效。虽然A星只正常工作了一個多月，但它的成功发射却标志着我国已有能力独自研制、发射和运行气象卫星，具有划时代意义。

1990年9月3日，风云一号B星成功发射。B星携带了两台分辨率1100米的可见光-红外扫描仪，有拍摄云图、植被、作物、水域、积雪并测量海平面温度等功能。但是，B星正常运行165天后，由于星载计算机发生故障，也发生了姿态失稳，后经抢救依旧没有完全恢复正常，未能达到一年的设计考核寿命。

在深刻总结A星、B星姿态失稳的原因后，研究团队攻坚克难，设计制造了风云一号C星。C星于1999年5月10日成功发射，它的设计寿命为两年，但最终却正常服役了近五年，研究团队打了一个漂亮的翻身仗！由于C星优良的稳定性与准确性，它成为中国第一颗被纳入世界气象业务的卫星，为很多国家免费提供了大量的气象数据。

在继承C星成功经验的基础上，我国对风云一号D星相关技术做了进一步的优化。青出于蓝而胜于蓝，2002年5月成功发射后，D星正常运行了十年之久，超额完成任务，为我国的气象事业做出了巨大贡献。

风云二号

风云二号气象卫星是我国自主研制的第一代地球静止轨道气象卫星，与风云一号太阳同步轨道气象卫星相得益彰。

风云二号总共研制了三个批次，共计八颗。与风云一号相似，第一批次的A星与B星也是试验型卫星。我国第一颗地球静止轨道气象卫星——风云二号A星于1997年6月10日在西昌卫星发射中心由长征三号运载火箭成功发射，一周后定点于东经105°的赤道上空。受技术水平所限，三个月后A星开始断断续续地出现故障，只能间歇性工作。三年后，风云二号B星成功发射，正常运行八个月后也出现了故障。虽然这两颗试验型卫星出现了故障，未能达到三年的设计考核寿命，但是它们都为后续的业务型卫星积累了宝贵的经验。

风云二号第二批次也是业务型卫星，有C星、D星和E星三颗。相比于试验型卫星，业务型卫星的技术指标有所提高，其中C星做出了256项技术改进，于2004年10月成功发射，并定点于东经105°的赤道上空，总计在轨工作超过十年，远远超过三年的设计使用寿命，达到同期国际先进水平。D星、E星分别于2006年12月、2008年12月升空，都有一定的技术升级，主要是提升了观测能力，最终均在轨运行了近十年。这三颗卫星互为备份，进一步增强了我国天气系统的监测预警能力。

为了向第二代地球静止轨道气象卫星风云四号进行技术过渡，我国设计制造了风云二号的第三批次，也是业务型卫星，包括F星、G星和H星，分别于2012年1月、2015年1月和2018年6月发射升空。相比第二批卫星，第三批卫星做出了84项技术升级，对地观测能力更加强大。截至2021年9月底，这三颗卫星依然在轨工作。其中H星目前定点于东经79°的印度洋上空，大部分“一带一路”沿线的友邦均可覆盖，有效增强了这些国家和地区在天气预报、灾害预警方面的能力。

风云三号

风云三号是我国的第二代太阳同步轨道气象卫星，但却并非是在风云一号的基础上做的简单升级，而是一次脱胎换骨的蜕变。从探测载荷上看，风云一号只搭载了一种遥感仪器，而风云三号足足搭载了十一种仪器，不仅有可见光和红外波段探测能力，还有紫外和微波段探测能力;在信号传输方式方面，风云三号也有很大提升，整体能力达到了国际先进水平。

风云三号的研制和生产共计三个批次，第一批次有A星、B星两颗试验型卫星。风云三号A星于2008年5月在太原卫星发射中心由长征四号丙运载火箭成功发射，当年恰逢北京奥运会，因此这颗卫星也被称为“奥运星”，现在我们还在接收着“奥运星”传回的观测数据呢！B星于2010年11月成功发射，与A星组网运行，使同一地区的观测间隔从12小时缩短到4.5小时，天气预报精度提高了约3%。

此后我國分别在2013年和2017年成功发射第二批次的两颗业务型卫星——风云三号C星和D星，它们继承了“前辈”的成熟技术，核心遥感仪器的性能有了进一步的提升。

风云三号的第三批次包含E星、F星、G星和H星四颗业务型卫星，其中E星已于2021年7月5日成功发射，是风云卫星家族里的首颗晨昏轨道气象卫星。俗话说“朝霞不出门，晚霞行千里”，在早晨和傍晚进行观测可以为天气预报提供十分重要的信息，但包括之前的风云三号其他批次卫星在内的全世界的太阳同步轨道气象卫星都是上午星或下午星。风云三号E星是世界首颗在早晨5点至7点进行观测的气象卫星，可以有效提升天气预报的精度，让风云系列气象卫星的国际影响力进一步提升。风云三号后续三颗卫星还在研制过程中，计划分别作为上午、下午和降水测量卫星。我国的天气预报能力随着一颗颗卫星上天，正在一步一个脚印地成长！

风云四号

风云四号气象卫星是我国第二代地球静止轨道气象卫星，它的能力远远强于“前辈”风云二号，将会逐渐挑起我国地球静止轨道气象卫星的大梁。

与其他风云气象卫星都研制了两颗试验型卫星不同，风云四号仅设计制造了一颗试验型卫星——风云四号A星。它于2016年12月11日在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射，于2016年12月17日成功定点于东经99.5°的赤道上空，获取了世界上第一幅静止轨道地球大气高光谱图，这标志着地球静止轨道上的大气观测由二维平面图像升级成了三维立体图像。风云四号如同具有火眼金睛，不论是南海上空的巨大台风，还是青藏高原星罗棋布的湖泊，抑或是大兴安岭层层叠叠的积雪，甚至云层中转瞬即逝的闪电，风云四号都能“看”得层次丰富、纹理清晰、一目了然。

随后，我国在2021年6月3日成功发射了风云四号首颗业务型卫星——风云四号B星，与A星并肩战斗，进一步满足我国及“一带一路”沿线国家和地区的天气预报、防灾减灾等服务需求，这标志着我国的气象卫星技术在国际范围内实现了领跑！

未来展望

截至目前，我国已有19颗风云气象卫星直抵浩瀚苍穹，其中9颗卫星正常在轨运行，组成了独具中国特色的风云卫星家族，使我国成为世界上同时拥有地球静止轨道和太阳同步轨道气象卫星观测系统的三个国家之一。我国的气象卫星事业从一开始的落后追赶，再到奋力赶超，直到现在处于领跑位置，这些伟大的成就离不开所有人员筚路蓝缕、手胼足胝的艰苦奋斗，这才让我们能更加从容地面对明天未知的风起云涌。薪火相传，箕裘不坠，接下来我国还将发展第三代风云气象卫星——风云五号与风云六号。可以预见的是，中国的气象卫星将会继续在世界舞台上扮演越来越重要的角色！