6月3日凌晨，中国航天科技集团有限公司八院研制的风云四号B星搭乘长征三号乙运载火箭起飞，稳步奔赴属于它的轨道。
时隔5年，我国第二代静止气象卫星风云四号家族再度上新。
自此，风云四号A星、B星“两兄弟”双星组网、东西相守，共同凝视着广袤大地，把来自大自然的风霜雨雪都“放在眼里”。
“静止气象卫星的主要特点体现在两个方面，首先是要利用静止凝视的优势，其次就是要具备非常灵活的观测模式。”航天科技集团八院509所气象与环境总体室副主任陈晓杰说。
风云四号A星是我国首颗第二代静止气象卫星，属于科学试验型卫星。风云四号B星是风云四号系列第二颗卫星，也是该系列的首颗业务卫星。基于A星，B星在灵活观测方面的能力大幅度提升。
据悉，风云四号B星搭载了快速成像仪、辐射成像仪、干涉式红外探测仪、空间环境监测仪器包等多种“高端配置”。
其中，最新装载的快速成像仪专门为观测中小尺度区域的天气现象而设计，能以2000公里×2000公里的“画幅”，每分钟都给地球上的某个地方拍摄高清、真彩“快照”，非常适合为台风、沙尘暴、火灾、地震等小尺度目标成像。
目前，风云四号A星已经实现了每5分钟对我国及周边区域成像1次，最高分辨率为500米。
凭借快速成像仪在局部区域连续观测方面的特殊才艺，风云四号B星可灵活快速对地特定区域扫描成像，进行优于1分钟间隔的区域高分辨率昼夜连续监测，每分钟对百万平方公里区域成像3~4次，将在尺度较小、持续时间较短的天气现象观测和预报方面发挥重要作用。
“风云四号B星入轨后分辨率能够达到250米，位居目前全球静止气象卫星最高水平之列，相比于A星，分辨率整整提高了1倍。”风云四号B星总体主任设计师陈强表示，“并且它具有500米真彩色的特点，相当于卫星观测到的数据经过简单处理后，红绿蓝3个波段一合成，基本上与我们眼睛看到的一致，很直观。”
风云四号B星的高度灵活性能主要体现为：在中国区域进行5分钟不停观测的同时，若有一个特别敏感的区域，就可以对其进行高品质的观测。比如1000公里×1000公里，大概15秒就可以观测到。
通常情况下，台风的尺度在1000公里左右，将地面的指令或者观测路径编辑好，风云四号B星就能够跟着台风进行实时观察，通过观测数据就可以判断台风强度、发展路径等，进而为相关部门后续决策提供重要依据。
2016年12月11日，风云四号首发星即A星在西昌卫星发射中心成功发射，这是我国地球同步轨道上的首颗三轴稳定定量遥感卫星。2017年9月25日，微信APP打开的界面图限时更换，图中的地球影像首次使用了风云四号卫星拍摄的照片，在当时引发热议和好评。
由于在轨表现良好，2018年5月，风云四号A星正式上岗，由科研试验星直接投入业务使用，自此中国以及亚太地区用户可正式接收风云四号A星数据。同时，全部国家级气象业务平台完成“风云二号”到“风云四号”卫星业务切换。
截至目前，风云四号A星已在轨稳定运行超过4年5个月，成为我国气象预报的排头兵。
“风云四号A星设计寿命7年，考核寿命是5年，今年年底考核寿命到期，但从目前整体情况来看，这颗星预计可以继续正常工作到7年甚至更久，B星上去之后会和A星形成一个双星在轨观测的局面。”陈强介绍。
据了解，组网之后，风云四号这两颗光学星将各自分布在东西两侧，东侧主要监测太平洋上的台风，西边主要为“一带一路”提供气象服务。
据陈晓杰介绍，“最早时期的风云二号可实现一小时一张图，然后逐渐实现了半小时一张图，到了风云四号A星时，整个中国区域图像5分钟就能更新一次。现在有了两个卫星，5分钟就可以看到两张图了。”
那么，双星组网带来的高频次天气观测能力如何理解呢？
比如台风到来时，一颗卫星负责我国区域观测主业务，另外一颗卫星可以“专职”观测台风，从而增加针对台风的观测频次和效率。借助新增的快速成像仪，卫星可以快速完成台风影响区域的观测，还可以用其他仪器观测台风周围无云区域，获取大气三维温湿度分布。
此外，每颗卫星都有不同的工作模式，各卫星从不同视角看到的对象有所不同，两颗卫星配合起来可以产生更丰富的数据。其中，大气的温度、湿度等物理参数将为地面做预报、仿真分析贡献重要力量。
“天气预报的过程非常复杂，里面涉及很多因素，卫星的主要作用就是提供数据，风云四号A星和B星组网会产生更多、更准、更新频次更快的数据，这必将有助于预报精度的提升。”风云四号B星总设计师董瑶海表示。
据了解，至2020年初风云四号B星完成研制工作，其间经历了4年之久。“相比风云四号A星，从各方面而言，B星研制难度都大幅增加。”型号总指挥陈文强介绍，虽然有科研实验星A星打基础，但B星研制绝非简单复制的过程，因为要满足用户更多新需求，B星各项指标进一步实现了跨越式提升。
比如快速成像仪作为新增的载荷，虽然在未来应用中将体现很多优势，但实际上它给研制过程带来了超出预期的挑战。
该载荷是个“大胖子”，重约150公斤，这意味着要占据更多空间，因此怎样在卫星上安置它成为头号难题。经过反复论证和分析，研制团队对卫星总体方案进行重新设计，星内的各类仪器设备也进行了重新排布。
此外，随着分辨率的提升，更高的频率对应的是更多数据，如何将这些海量数据从卫星上传下来也是较大挑战。研制团队采用在卫星侧板展开的方案，展开轴由传统的三轴变为两轴，简单可靠。根据静止轨道阳光照射的特点，他们还设计了特殊的遮光装置，防止活动部件的局部高温，让风云四号B星高速数据传输变为可能。
面对新需求带来的种种困难，研制团队不仅攻克了一个个具体问题，还对整颗卫星的性能进行了重新优化设计，最终成功按时交付。
截至风云四号B星成功发射，我国已成功发射18颗风云气象卫星，共有8颗在轨稳定运行。今年，除了风云四号B星，我国还将发射风云三号E星。
在此基础上，“十四五”时期我国还要再发射5颗风云气象卫星。其中3颗卫星属于风云三号系列，另外2颗卫星属于风云四号系列。这一时期，风云四号光学卫星将完成跨越式发展，风云四号微波卫星也有望亮相。
未来，风云卫星将持续提升对大气风场、云雨大气及其垂直结构的监测能力，不断提高监测精度和监测时效，同时增强卫星的互连互通和协同机动观测能力，打造高低轨协同观测、天地一体化发展的智慧气象卫星系统。
来源：《中国航天报》，航天科技集团八院，中国气象局官方微信
