◎ 采写丨科技日报记者 付毅飞
◎ 策划丨陈磊
左侧为微信之前的开机页面原图，右侧为更换后的风云四号拍摄图。图片来源：中国新闻网
启动微信，一个孤独的小人凝望地球。这张美国国家航空航天局向世界公开的第一张完整地球照片名叫“蓝色弹珠”。它是由阿波罗17号宇航员拍摄，视角在非洲大陆上空。
每当中国航天科技集团八院气象与环境总体室副主任、风云四号卫星主任设计师陈晓杰打开微信时，思绪总会不由自主地飞到2017年9月25日那天。
那天是我国新一代静止轨道气象卫星风云四号A星正式交付投入使用的日子，微信启动画面随之变脸——图像仍是蓝色地球，但展示的位置却变成东半球，拍摄它的正是风云四号A星。
风云四号效果图
“照片视角是从中国上空观测到的地球，那种感觉很不一样。”陈晓杰至今对此印象深刻。
1969年初，一场罕见的雨雪冰冻灾害席卷半个中国，而当时世界上拥有气象卫星的国家只有苏联和美国。我国虽然能接收国外气象卫星云图，但只是单纯的“黑白图像”，无法挖掘原始数据、反演各种气象要素，应用受到极大限制。
1969年1月29日，周恩来总理提出：“要赶快改变落后面貌，搞我们自己的气象卫星。”1970年2月，周总理亲自签发中共中央、国务院、中央军委文件，下达了研制气象卫星的任务。由此，我国气象卫星事业正式起步。
迄今为止，我国共成功发射17颗风云系列气象卫星，目前有7颗在轨运行。这些最“知人冷暖”的卫星，在太空中观察地球的风云变幻，提示我们添衣打伞。
据中国气象局消息，2021年我国计划发射风云四号B星和风云三号E星，“十四五”时期共计划发射7颗风云气象卫星。“到2035年，我国要建立监测精密、预报精准、服务精细的气象业务体系，气象综合实力达到世界先进水平，气象深度融入民生保障和行业发展，气象强国基本建成。”该局局长庄国泰透露。
在轨风云卫星示意图
命运多舛，首星发射39天就“夭折”了
1988年9月4日，风云一号卫星总设计师孟执中站在数十米高的发射塔架上，心中翻江倒海。
那是我国首颗风云卫星原计划发射的日子。但在指挥员发出“5小时准备”指令后，控制中心突然失去了卫星所有的遥测信号，发射被终止。
风云一号卫星工程总设计师任新民下令就地检查。孟执中、时任姿控系统主任设计师徐福祥带着试验队员爬上塔架，紧张地给卫星做着“手术”。此时，四周没有护栏，卫星下面是装满推进剂的火箭，每一个动作都要小心翼翼。
让孟执中倍感压力的是，预定发射时间将至，各地台站早已准备就绪，不断打电话询问消息；从北京到上海再到发射中心，沿途通信线路都部署了战士值守，大家都在岗位上等待着发射的消息。塔架上的排障工作进展缓慢，孟执中既焦急，又愧疚。
直到傍晚，故障原因终于查清，是遥测机的CMOS电路在特定情况下发生了“栓锁”。试验队员将遥测机取下来连夜返修，第二天早上将它装回卫星。
3天后，历时近10年研制的风云一号A星成功发射，使我国成为世界上第三个拥有极轨气象卫星的国家。然而仅过了一个多月，意外再次发生。
这天，国家卫星气象中心工作人员发现，接收到的卫星云图逐渐偏斜，最后只能看到地球的弧线。卫星失控了。
时任中国气象局局长邹竞蒙急切地问：还有办法吗？孟执中无言以对。
由于没有安装备份设备，风云一号A星在众目睽睽之下在太空“夭折”，此时距离它发射升空仅39天。
一场世界航天史上罕见的卫星地面营救
1990年9月3日，风云一号B星成功发射。它能及时为第十一届亚运会提供气象预报，但只过了十几天，它就出现异常。
科技人员及时完成了修复，但发现一个棘手的问题：卫星在元器件选用和软件设计上没有进行抗辐射加固，这一漏洞使计算机电路芯片暴露于空间高能粒子的轰击下，很容易产生单粒子翻转问题，随时会引发计算机工作失常，姿控系统故障。
漏洞无法填补，唯一的办法是加强地面对卫星的监视，出现问题及时纠正。
孟执中和徐福祥带领科技人员分成2个工作组，轮流在西安卫星测控中心值班。他们利用卫星每天6次过境的机会，监视其在轨工作情况。
1991年2月14日，大年夜里，卫星云图突然发生扭曲，滚动不止。在随后的75天里，工作人员不间断地轮流执勤，开始了一场世界航天史上罕见的卫星地面营救行动。他们像急救医生一样，一次次让“急症”发作的风云一号B星恢复元气。然而，频繁的“手术”让卫星元气大伤，寿命大打折扣。
最终，风云一号B星断断续续工作到1992年11月，在轨累计正常运行285天，未能达到1年的设计寿命指标。
“两弹一星”功勋科学家孙家栋院士，作为风云二号卫星工程总设计师与“风云”相伴了40多年。他曾说：“我一生做过多个卫星总师，风云二号最让我难忘。”
1994年2月，我国首颗地球静止轨道气象卫星——风云二号01星来到西昌卫星发射中心。经过多项测试后，卫星顺利加注了燃料，装上了固体远地点发动机，只待开展转场前的最后一次全面测试。
4月2日上午，测试开始。10点50分左右，固体远地点发动机燃烧爆炸，黑色浓烟夹着血红的火光涌出来，观测窗玻璃被震碎，厂房供电中断。
这次重大事故夺走了一位总装工人的生命，并导致30多位试验队员受伤住院。由于不了解肼燃料的性能和危险性，忽视了防静电和环境温湿度要求，航天人遭受了惨痛教训。
风云一号C星打了个漂亮的“翻身仗”
接二连三的事故，让风云卫星研制陷入低迷。但一次次跌倒的航天人，又一次次倔强地站了起来。他们将沉甸甸的经验教训汇编成册，成为指引后续工作开展的典型教材。
被任命主持风云一号C星研制工作时，孟执中已经60岁了。此前的挫折让他心有不甘。他分析，风云一号A星、B星未完成任务的原因，不在于性能指标没有达到要求，而是由于可靠性不高造成中途夭折。研制1颗长期可靠、稳定运行的业务应用气象卫星，成为团队共同的目标。
1999年5月10日，风云一号C星成功发射。这次发射后来被选为我国20世纪最后一年的3件大事之一，镌刻于中华世纪坛。2000年8月，世界气象组织将该卫星列入世界业务气象卫星序列。
风云一号C星打了个漂亮的“翻身仗”。它在轨稳定运行达7年，被誉为“太阳同步轨道长寿第一星”，揭开了我国气象卫星事业上新的一页。
此后，风云卫星发展之路越走越顺。
2002年，风云一号D星发射，成为国内寿命最长的遥感卫星之一。2004年发射的风云二号C星，是当时国内应用最为广泛的业务应用卫星，并获得世界气象组织的高度评价，被列为全球气象卫星观测网的重要业务卫星之一。2006年到2014年，我国先后发射4颗风云二号系列卫星，挑起了国家重大活动气象保障重担。
2008年，北京奥运会开幕前夕，我国第二代太阳同步轨道气象卫星风云三号首发星升空。此后，风云三号B星、C星、D星相继发射，实现了对风云一号的升级换代。它们组网运行、功能互补，实现从二维成像到三维探测、从单一光学到全谱段宽波谱探测，并使全球数值天气预报更新时间大幅缩短、预报时效延长，预报精度也进一步提高。
风云三号D星发射
在国际“暗战”中逆袭，一颗星干两颗星的活
2021年1月15日，上海菜市场里的太湖矮脚菜，价格较10天前翻了一倍。当地媒体发现，这与近日连续出现的寒潮颇有关系。据气象台预报，1月16日又有寒潮侵袭，当地蔬菜供应单位提前部署，全力开展了应急保供工作。
天气变化影响着人们穿衣、出行，乃至生活的方方面面。国家卫星气象中心遥感应用室主任、风云气象卫星应用系统总设计师唐世浩介绍，为准确预报寒潮提供支撑，以及监测寒潮的发展和影响，只是风云卫星的“基本功”之一。
尤其是被称为中国气象卫星界“实力担当”的新一代静止轨道气象卫星——风云四号A星成功发射，使我国气象卫星技术从跟跑、并跑转向并跑、领跑，推动我国气象综合能力进一步提高。
回想起风云四号A星的研制和发射，陈晓杰感觉像一场激烈的竞赛。
2016年，仿佛事先约定过一样，中国、美国、欧洲、日本的新一代静止轨道气象卫星研制，均发展到紧要关头，大家暗中较着劲。
除了欧洲卫星由于种种原因至今尚未发射，2016年11月初，日本率先发射“向日葵9号”（Himawari 9）卫星。这颗卫星采用了许多美国的技术和产品，将代替该国此前发射的“向日葵8号”。
11月19日，美国新一代静止轨道气象卫星GOES-R发射。业界评价说，与以前的气象卫星相比，该卫星带来的飞跃如同从黑白电视变成高清彩电。
12月11日，我国风云四号A星发射。
2016年11月，风四吊装至发射塔。
陈晓杰表示，风云四号A星不仅对地综合观测能力全球领先，还是国际上首颗单星实现对地“多光谱二维成像+高光谱三维探测+超窄带闪电成像”综合观测的静止轨道气象卫星。
过去，垂直探测仪器和成像观测仪器的相互干扰，一直是国际上的难题。欧洲此前的做法是将两者分别放在2颗卫星上工作。
比起国际竞争对手，风云四号A星的性能毫不逊色。有人形容，这颗星同时干着2颗星的活。
据风云四号卫星系统总设计师董瑶海介绍，该卫星通过自主研制的SAST-5000卫星平台，实现了带有运动光学部件的多载荷同时工作，各载荷和谐共处。
该卫星搭载的多通道扫描成像辐射计，是当时我国静止轨道卫星最先进的辐射成像仪，能够每15分钟对东半球扫描一次，最高空间分辨率达到500米。“500米精度对于接近36000公里高的地球静止轨道来说，相当于在几公里之外放置几盏烛光，而且看得清清楚楚。”董瑶海说，这一精度与美国同期发射的GOES-R卫星相当。
同时，风云四号A星搭载的干涉式大气垂直探测仪，可以对大气进行垂直探测；搭载的我国首台星载闪电成像仪，可用广角镜头盯住我国及周边区域，不眠不休时刻准备拍摄，每秒能拍500张照片，记录闪电的频次和强度。
15年后，气象综合实力全球领跑
今年起，风云家族要“添丁”了。
据中国气象局消息，风云四号的第二颗卫星——风云四号B星，目前研制工作基本已经完成，按照计划，今年将择机发射。
风云四号B星的载荷得到了优化。例如，多通道扫描成像辐射计，部分通道得到了局部优化；大气垂直探测仪的空间分辨率也得到了提升。
同时，这颗卫星上新增了一台快速成像仪，它能通过调整镜头，根据指令对不同区域进行灵活的观测，分辨率在目前全球静止轨道气象卫星中最高。
唐世浩对此颇为期待。他说，目前风云四号A星对我国及周边区域的成像是5分钟一次，最高分辨率为500米。对一些尺度较小、持续时间较短的天气现象，可能就漏掉了。而风云四号B星搭载的快速成像仪，可以实现对数百万平方公里区域1分钟一次成像，最高分辨率达到250米左右，对中小尺度的天气系统具备更强的监测能力。
今年我国计划发射的风云三号E星，将是世界首颗晨昏轨道气象卫星。目前全球极轨气象卫星均为上午或下午轨道，意思是其观测时段为上午或下午。而风云三号E星将在晨昏时间进行观测，可弥补当前的观测空白，提高全球数值天气预报精度和时效。
唐世浩介绍，风云三号E星与目前在轨运行的风云三号系列卫星组网运行后，每天的观测时间分布将更均匀，并得到晨昏时间的气象资料。另外，过去风云卫星在夜间只能通过红外和微波仪器观测，而风云三号E星搭载了微光观测设备，具备可见光夜间观测能力。
风云发射表
记者从中国气象局获悉，“十四五”期间我国计划发射的风云卫星，轨道种类会进一步丰富。例如在地球静止轨道上，会有不同轨位风云卫星，通过光学和微波手段进行观测。在低轨方面，除了上午、下午轨道和晨昏轨道，我国还将向低倾角倾斜轨道发射降水卫星，主要对低纬度地区的降水进行监测。
唐世浩表示，未来风云卫星的发展主要包括提升对大气风场、云雨大气及其垂直结构的监测能力，提高监测精度和监测时效，同时增强卫星的协同机动观测能力等。
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微信编辑 | 王宇（实习） 岳靓
审核 | 王小龙
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