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航天科学技术五院508所成功研制本国首台地球静止轨道打雷成像仪,风波四号卫星
2020-04-23 152

2月27日,国家航天局和中国气象局发布了风云四号卫星获取的全球首批静止轨道闪电探测影像。本次发布的闪电数据为该星2月13日对澳大利亚西部地区一次强雷暴的全过程数据,完整再现了强雷暴过程中闪电的情况。

可秒拍500张图、“捕捉”闪电的我国新一代静止轨道气象卫星风云四号,日前公布了首批静止轨道闪电探测影像。闪电数据为2017年2月13日对澳大利亚西部地区的一次强雷暴的全过程数据,将该地区持续约6小时的强雷暴的产生、发展、结束全过程中的闪电发生情况完整再现。

风云四号气象卫星闪电成像仪由航天科技集团五院508所研制,这是我国首台地球静止轨道闪电探测仪器,填补了我国空基闪电探测空白。

风云四号卫星“抓闪电”的本领为啥这么强?能给我国闪电预警带来哪些益处?记者日前采访了风云四号闪电成像仪的研制单位专家,揭开它“抓闪电”的奥秘。

“抓闪电”的那些超能力

“抓闪电”靠“超能力”

自发射升空以来,该闪电成像仪在轨工作正常,508所还配合中国气象局完成了多批闪电探测影像的在轨处理工作。据悉,风云四号闪电成像仪是全球同步研制的三台地球静止轨道闪电成像仪之一,也是首台对外公布观测数据的探测仪。

风云四号搭载的我国首台地球静止轨道闪电探测仪器,由中国航天科技集团公司五院508所研制,是我国首台地球静止轨道闪电探测仪器,填补了我国空基闪电探测方面的空白。

508所闪电成像仪主任设计师鲍书龙介绍说:“闪电成像仪是一双敏锐的‘眼睛’。每秒可探测500张闪电图,实现中国及周边区域24小时不间断的闪电实时探测。”

中国航天科技集团公司五院508所闪电成像仪主任设计师鲍书龙说,闪电成像仪有一双敏锐的“眼睛”,每秒可探测500张闪电图,实现中国及周边区域24小时不间断的闪电实时探测,而这都源于它具备的“超能力”:

而这都源于成像仪具备的一些超能力。它是个“快刀手”,每2毫秒就探测一次中国及周边国家闪电情况,探测速度是国内大范围闪电探测速度最快的;它是遥感器中的“寿星”,具有7年24小时超长的在轨不间断实时闪电探测能力;它是个“大广角”,一次可实时实现中国和周边国家的闪电探测与监测;它是个不休息的“摄影师”,能够实现每秒6帧地面图像的获取,实时监测云层、强对流气团的运动;它还是个“智能型”选手,具有在轨探测算法全部更改能力,探测效率高能力强。

它能每2毫秒就探测一次中国及周边闪电情况,探测速度是国内大范围闪电探测速度中最快的;它是遥感卫星中的“寿星”,具有7年24小时超长的在轨不间断实时闪电探测能力;它像个“大广角”镜头,一次可实时实现中国及周边区域的闪电探测与监测;它是个不休息的“摄影师”,举起镜头,能够实现每秒6帧地面图像的获取,实时监测云层、强对流气团的运动;它还是个“智能型”选手,具有在轨探测算法全部更改能力,闪电探测效率能力强。

超能力背后的“黑科技”

攻关十三载,打造闪电探测“黑科技”

2003年,508所成立了闪电成像仪项目组。当时,我国关于闪电探测的研究处于空白。

在太空中探测的闪电是叠加在云层上的一个个离散的点状目标。由于云层对阳光的强反射,大部分闪电的亮度相当于云层背景的十分之一,甚至百分之一。

在太空看闪电和在地面看闪电,差别可谓“天上地下”。人们在地面看到的闪电是连续的、非常高的线条状的,而在太空中探测的闪电是叠加在云层上的一个个随机的离散的点状目标。由于云层对阳光的强反射,大部分闪电的亮度相当于云层背景的十分之一,甚至百分之一。同时,由于观测范围广,观测范围内的背景反差大,白天情况下闪电淹没在背景之中,在轨实时探测闪电非常困难。

同时,由于观测范围广,观测范围内的背景反差大,白天闪电淹没在背景之中。因此,白天在轨实时探测大反差、强背景上随机点源的闪电非常困难。

经过13年探索攻关,研制团队先后掌握了数十项新技术。这些首次应用于我国空间光学遥感载荷产品的“黑科技”,造就了探测仪的超能力。

鲍书龙说,2003年,508所闪电成像仪项目组成立时,我国关于闪电探测的研究尚处于空白。从太空中看到的闪电是什么样子,我们并不清楚,只能从美国NASA公布资料中的只言片语、欧空局公开的会议材料,甚至日本同类型产品的技术参数中摸索学习。

闪电成像仪采用超窄带滤光片,将能量强大的阳光背景挡在“门外”,只允许和闪电“身材”相当的光谱进入,使柔弱的闪电信号在阳光下“现真身”;采用“冬暖夏凉”的主被动温控措施,保证“娇嫩”的超窄带滤光片每天无论在阳光直照时还是背阴时都处于温暖如春的环境;采用国内自主研制的高帧率大动态高灵敏度探测器,使成像仪具备超强视力,看得见黑夜中的细发和强光中的秋毫。

经过十三年的探索攻关,研究人员先后掌握了大口径超窄带滤光片、高帧率大动态范围面阵焦平面组件、闪电场景实验室模拟等数十项新技术。例如国内自主研制的高帧率大动态高灵敏度探测器,使得闪电成像仪看得见黑夜中的细发、看得清强光中的秋毫,能够适应8000倍的亮度变化……这些新技术不为闪电成像仪独属,多项可应用于我国高轨卫星载荷研制。

更值得欣喜的是,这些新技术不为闪电成像仪独属,可应用于我国高轨卫星载荷研制。

闪电探测应用广泛、惠及多方

应用广泛 惠及多方

太空中的闪电探测,尤其是静止轨道闪电探测,具有24小时不间断、覆盖范围大、实时性好等优点,是世界上有研制能力国家优先采用的闪电探测方式。

太空中的闪电探测,尤其是静止轨道闪电探测,具有24小时不间断、覆盖范围大、无死角、实时性好等优点,是世界上有研制能力国家优先采用的闪电探测方式。

据介绍,风云四号闪电成像仪成功在轨代表着我国闪电探测的新起点,它将闪电探测结果与云图叠加起来,可以实现对闪电灾害、强对流天气的短时、实时预警预报,降低雷电、强对流天气对我国航空、航天、航海、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信等方面的危害。尤其在航空航线、海洋航线等全程闪电与风暴的实时预报等方面,闪电成像仪能力突出。

风云四号闪电成像仪成功在轨代表着我国闪电探测的新起点,有了这位恪尽职守的太空“卧底”,我们能够实现我国雷电、强对流天气的实时监测。

鲍书龙说,闪电成像仪探测的影像产品不仅可以服务于我国国民经济建设,还可以惠及它凝视范围内的其他邻国。

将闪电探测结果与云图叠加起来,可以实现对闪电灾害、强对流天气的短时、实时预警预报,降低雷电、强对流天气对我国航空、航天、航海、交通运输、建筑、电力、通信等方面的危害。尤其在航空航线、海洋航线等全程闪电与风暴的实时预报方面,闪电成像仪能力突出。

最近,508所技术人员正继续协助用户开展闪电成像仪在轨测试工作,重点进行闪电探测性能在轨验证,为今年6月后我国汛期的雷电监测与预报提供支持。此外,据世界气象组织规定,全球气象数据是免费共享的,也就是说,该闪电城像仪探测的影像产品不仅可以服务于我国国民经济建设,还可以惠及它凝视范围内的其他邻国,彰显我国睦邻友好的大国形象。 来源:航天科技网站