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风云2号 (气象卫星)

风云二号气象卫星(FY-2)是中国自行研制的第一颗地球静止轨道气象卫星,与极地轨道气象卫星相辅相成,构成中国气象卫星应用体系。风云二号可获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水汽分布图,对观测区域实施多时次的频繁观测,在重大灾害性气候(台风、洪水)预报中发挥者不可替代的作用。

名称
风云二号气象卫星
制造商
中国气象局国家卫星气象中心
发射日期
1994年
首次轨道发射
1994年
发射地点
西昌卫星发射中心
轨道
地球同步轨道
运载火箭
长征三号火箭
结构尺寸
1米×1.6米

1研制过程

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号气象卫星由CAST(中国空间技术研究院)和上海航天局共同研制生产,CAST承担卫星控制、推进、转发、天线、测控及部分结构等分系统。

1997年6月10日20时,风云二号卫星用长征三号运载火箭发射升空,在卫星地面测控站、远望二号测量船的测控管理下,卫星完成了星箭分离、卫星起旋、远地点调姿、远地点发动机点火、二次解锁分离、准静止轨道漂移等工作,卫星于6月17日定点成功。在卫星定点之后,由国家气象局卫星气象中心、中国空间技术研究院、上海航天局、西安卫星测控中心共同对卫星进行了在轨测试。经测试表明,控制分系统及转发器分系统的数传、云图转发、测距、业务遥控遥测系统工作正常,性能指标满足合同要求。

风云二号A星发射之后,上天运行了3个月左右就开始出现一些故障。只能间歇性工作,每天工作6到8小时之后就要休息。B星发射上去之后,前面两颗星,大家搞了很多年,在气象业务应用上都没有达到预期的效果,最终没有实现业务化。但这两颗卫星在天上运行给科研人员积累了大量的经验,包括空间环境,卫星运行的环境数据很多都是在卫星运行过程中逐渐暴露,然后科技人员经过分析研究和大量的地面模拟试验,再拿出解决办法。在两颗星的基础上,风云二号C星做了256项大的技术改进,这些改进完全是在A星、B星失败的基础上总结出来的。完全可以说,风云二号卫星的成功是一代人,甚至是两代人、三代人艰苦努力,各部门通力合作的结果。

风云二号卫星继承东方红二号甲卫星自旋稳定模式基础上,采用了多通道扫描辐射计、三通道微波传输、章动控制等一些新技术。卫星主要性能指标达到了国际90年代初期同类静止气象卫星的水平。风云二号气象卫星是空间技术遥感技术、通信技术和计算机技术等高技术相结合的产物,它定向覆盖、连续遥感地球表面与大气分布,具有实时性强、时间分辨率高、客观性和生动性等优点。风云二号气象卫星于1997年12月1日正式交付用户进行业务使用。

2结构特点

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号卫星是一个直径2.1m,高1.6m的圆柱体,包括天线在内卫星总高度为3.1m,重约600kg,卫星姿态为自旋稳定,自旋转速为100±1转/分钟,卫星设计寿命为3年。

卫星装有多通道扫描辐射计和云图转发等有效载荷,可获取有关可见光云图、昼夜红外和水汽云图;播发展宽数字图象、低分辨率云图和S波段天气图:获取气象、海洋、水文数据收集平台的观测数据;收集空间环境监测数据。卫星工作于东经105°E赤道上空,位置保持精度为东西±0.5°、南北±1°。

3有效载荷

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1.多通道扫描辐射计,具有1个可见光谱段、1个红外谱段、1个水汽谱段

2.S频段数传与云图广播转发器

3.UHF/S频段数据收集转发器

4.空间环境监测器

4科学任务

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号卫星作用是获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图,进行天气图传真广播,供国内外气象资料利用站接收利用,收集气象水文海洋等数据收集平台的气象监测数据,监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境,为卫星工程和空间环境科学研究提供监测数据。中国位于全球气候脆弱带,旱涝、高温、冷寒等气候灾害频繁发生。风云二号静止气象卫星资料越来越成为天气分析,预报服务中必不可少的重要监测手段。对灾害性天气的监测,特别是对台风暴雨洪水沙尘暴等重大自然灾害的监测,静止气象卫星发挥了重要作用。

风云二号卫星提供了以中国中部经度为中心的三分之一个地球范围内每小时一次的云图资料,这些云图资料填补了中国西部、西亚印度洋上的大范围资料空白,大大地提高了中国天气预报的时效,提高中国夏季季风进退的预报水平。提供的亚洲地区水汽图像对于中国暴雨形成的诊断和预报也是十分有意义的。

5主要功能

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号气象卫星的主要功能有:

1、利用卫星上安装的三通道(可见光、红外和水汽)扫描辐射计,获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水汽分布图。

2、通过卫星转发高分辨率数字展宽云图、低分辨率云图,供国内外中小规模利用站接收利用。

3、卫星上的数据收集系统可以提供133个通道的数据传输,收集气象、水文和海洋等数据收集平台的监测数据。在133个通道中,有100个国内通道,33个国际通道。

4、利用卫星携带的空间环境监测器,监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境,为卫星工程和空间环境科学研究提供数据。

6技术特点

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    1、风云二号是一颗分辨率要求很高的遥感卫星。卫星载有多通道扫描辐射计,共有可见光(0.55微米至1.05微米)、红外(10.5微米至12.5微米)和水汽(6.3微米至7.6微米)三个通道。

它们的星下点分辨率可见光通道为1.25公里,红外和水汽通道为5公里。在35800公里的赤道上空实现这一指标,技术上的难度很大。首先要将扫描辐射计主镜的口径做到0.41米,主光学系统的焦距做到3米,这是中国焦距最长的一台星上遥感仪器。其次,为了实现这一指标,要求卫星具有极高的姿态稳定度,其短期稳定度在0.6秒内为0.72角秒(0.0002度),长期稳定度在30分内为7.2角秒(0.002度),为此采用了动平衡调整装置和液体被动章动阻尼器。

2、风云二号是一颗自旋稳定卫星,由于其圆柱体内部要装一台很大的扫描辐射计,远地点发动机只能安装在圆柱体外面,这时卫星形成细长体。为了防止卫星章动发散变为平旋,必须进行主动章动控制,增加了由加速度计、章控线路、推力器组成的主动章动控制系统。在远地点发动机点火以后进行第二次分离,卫星抛掉远地点发动机后又变为短粗体。这些状态的变化,都给风云二号带来新的复杂的技术问题。

3、风云二号能实时向地面传输原始云图和空间环境监测数据,是一颗既对地又对天观测的遥感卫星。卫星上有三个通信转发器,两台S转发器,一台UHF/S转发器。国家卫星气象中心所属指令和数据接收站,通过卫星向各气象台站广播展宽云图、低分辨率云图,并且接收转发133个通道数万个数据收集平台的测量数据,因而它也是一颗专用通信卫星

4、风云二号上有两套测控系统,一套是C频段的工程测控系统,另一套是S频段的业务测控系统。它靠位于北京的指令和数据接收站以及位于广州、乌鲁木齐、墨尔本的测距副站进行遥测、遥控、跟踪、定位。风云二号是中国首次在静止轨道上使用S频段测控和通过三点测距进行定位的卫星。

风云二号瞄准外国静止气象卫星的发展,起点高,一次实现了获取可见光、红外、水汽三通道图像并实时经地面系统发送展宽图像的较快的发展历程。卫星达到了中国气象局提出的由国务院批准下达的任务书的各项指标。经专家委员会慎重评议,确认卫星达到了90年代初期国际同类静止气象卫星的水平。

7发射历程

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风云二号系列静止气象卫星是中国第一代静止气象卫星,计划发射5颗,即风云二号A/B/C/D/E,两颗试验星(风云二号A/B),三颗业务星(风云二号C/D/E)。其中风云二号A星于1997年6月10日发射成功,风云二号B星于2000年6月25日发射成功,姿态均为自旋稳定,只有一个三通道扫描辐射计,设计寿命3年。从风云二号C星起,扫描辐射计由三个通道增加到五个通道,在性能上较风云二号A/B两星有较大的改进与提高。

01批卫星

风云二号气象卫星发射风云二号气象卫星发射
    风云二号A卫星于1997年6月17日定位于东经105度的地球同步轨道,自旋稳定,设计寿命3年。1997年6月21日获取第一张可见光云图,1997年7月13日获取第一张水汽、红外云图。

风云二号A卫星(02星)主体呈圆柱体,直径2.1米、高1.606米。发射时质量为1369公斤。卫星于1997年6月17日定位于东经105度的地球同步轨道,自旋稳定,设计寿命3年。1997年6月21日获取第一张可见光云图,1997年7月13日获取第一张水汽、红外云图。

风云二号B卫星(03星)于2000年6月25日由长征三号火箭从西昌卫星发射中心发射升空。

02批卫星

风云二号C卫星(04星)于2004年10月19日由长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。该卫星除了可以进行天气预报外,还能对气候进行监测预估、探测陆地和海洋、观测草原及森林火险、测风、观测大雾和沙尘暴等,风云二号E星投入业务运作后改为区域观测。

风云二号D卫星(05星)于2006年12月8日由长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。

风云二号E卫星(06星)于2008年12月23日8时54分,用长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。于2009年2月28日,完成在轨测试圆满完成,最初进入在轨备份模式,同年12月23日正式接替已超期“服役”的风云二号C星。

03批卫星

风云二号F卫星(07星)于2012年1月13日由长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。

风云二号G卫星(08星)于2014年12月31日9时02分,由长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空。定点于99.5E赤道上空地球同步轨道。2015年1月8日13点,正式获取了第一幅可见光云图,杂散光问题大大减少。

8应用情况

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经济效益

风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号气象卫星的效益首先体现在重大的灾害性天气过程以及重大的气象自然灾害监测方面,发挥了非常特殊的作用。2006年至2008年这三年过程中,据统计,影响中国的台风72个,其中有23个台风是登陆的,所有的这些台风风云二号一个都没有漏过。比如2005年登陆我国的超强台风“海棠”,2006年超强台风“桑美”以及2007年超强台风“罗莎”的监测预报过程中风云二号卫星都发挥了功不可没的作用。

风云二号卫星对暴雨、沙尘暴、大雾、草原和森林火灾等也有很强的监测能力。比如2007年的江淮暴雨,由于持续暴雨最后作出了在安徽王家坝分洪的决策,在这个过程中从国务院领导到当地政府,以及中国气象局领导都高度重视,迫切需要了解天气的实况过程以及预报结果,关键时刻风云二号卫星提供的资料发挥了很好的作用。再举个例子,2006年黑龙江和内蒙的森林草原大火,风云二号卫星不仅提供了持续不断的动态火情监测产品,还提供了人工影响天气作业的天气分析产品,为最终扑灭大火立下了汗马功劳。

社会效益

电视观众每天都能通过各种电视节目收视到风云二号的云图,通过云图来了解天气形势,比如今天晚上肯定会有台风“浣熊”的预报。这既是对百姓的服务,同时也是宣传和普及气象知识,增强公众对自然灾害防御的意识有很重要的价值。当然,它的社会效益远远不限于如此,除了在气象防灾减灾应用上。国内的民航、交通、农业、渔业水利、电力、林业、军队等很多部门都在利用风云二号的资料。举个例子,风云二号有大雾的监测能力,交通部门就很需要这方面的资料。类似这样的例子有很多。所以,风云二号卫星的投入产出比是很高的,效益巨大。

9国际地位

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风云二号气象卫星风云二号气象卫星
    风云二号卫星系统从整体上讲,与国际上正在使用的静止气象卫星技术水平是相当的。尽管在一些基础性和关键技术上,仍然有一定的差距,但是在某些方面也比其他国家做的好,同时,赶超的势头和进步的速度是最快的,这是不争的事实,国际公认。在较短的时间内达到了国际在轨卫星同等的水平,这给国家在气象领域赢得了尊重。

风云二号卫星在全球气象卫星观测网中占有重要的位置,在整个东亚这块,特别是印度洋青藏高原的卫星观测过去是一个很薄弱的区域。中国风云二号卫星定位于东经105度,其位置决定了它是整个地球观测系统中不可或缺的一部分,它获得的观测资料对国际的气象界乃至地球科学界都是一个贡献。在世界气象组织的空间计划中,风云二号卫星被列为骨干业务卫星,承担为全球天气和气候观测的义务。在上个世纪我国的气象卫星应用主要依靠国外的卫星资料,现在不仅有自主卫星,还对外快进行资料共享和数据服务,用通俗的话说就是从过去使用人家的变成现在人家使用我们的,这体现了非常大的变化,这也奠定了我国家在世界气象组织的地位。

国际上越来越多的国家和地区使用风云二号卫星资料,评价也很积极,比如澳大利亚日本美国欧洲以及东南亚的一些国家,包括中国的香港澳门台湾地区都在用风云二号的卫星资料。

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