6月5日， 作為我國首次海上發(fā)射的主要“乘客”，捕風一號A、B衛(wèi)星直奔天際，它們將通過一雙“慧眼”在500余公里的高空，準確測量海面風場信息，從而實現(xiàn)預(yù)報臺風。捕風一號A、B衛(wèi)星的成功發(fā)射，將實現(xiàn)我國衛(wèi)星導航信號探測海面風場零的突破，對我國臺風預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

捕風一號A、B衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院下屬的航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制。截至目前，研究院已研制發(fā)射271顆航天器。

“捕風”捉影 精準預(yù)報

“風無形無影，捕風一號就是通過‘捉’海面上的導航反射信號（GNSS-R）這個‘影’來‘捕’海面風場這個‘風’，實現(xiàn)監(jiān)測海面風場的目的?！辈讹L一號衛(wèi)星總設(shè)計師白照廣形象地介紹道。

目前，通過衛(wèi)星觀測海面風場的方式主要有兩種，一是通過衛(wèi)星云圖來測海風，但這種方式測的是云頂風，而對海面風場的測量存在一定誤差；二是通過衛(wèi)星載荷——如散射計主動向海面發(fā)射微波信號來測海面風場，但這種方式下衛(wèi)星重量較大，且只能測50米/秒以內(nèi)的海風，若應(yīng)用于準實時監(jiān)測海面風場的星座建設(shè)，代價很大。

隨著全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展成熟，利用導航反射信號對反射面的物理特性和參數(shù)進行反演已經(jīng)成為各國新的研究熱點。英國、美國等發(fā)達國家都曾發(fā)射相關(guān)衛(wèi)星，利用導航信號實現(xiàn)對海面高度、海浪、海風、海冰、移動目標等的探測。

“導航信號傳遞到海面后，會發(fā)生鏡面反射。沒有風時，反射信號較均勻；有風時，反射信號會隨著海浪出現(xiàn)一段一段的變化，風越大，信號變化越劇烈，進而導致了GNSS-R時延多普勒功率圖像（DDM）的劇烈變化。通過DDM第一等延遲環(huán)內(nèi)平均功率大小與海面風速大體上的反比關(guān)系即可實現(xiàn)對海面風速的反演?！卑渍諒V介紹，導航衛(wèi)星L波段具有良好的大氣穿透性，能夠全天時“捕住風，捉住影”，實現(xiàn)對海面風場的信息探測，并可通過多星組網(wǎng)監(jiān)測實現(xiàn)對極端臺風天氣的“精準”預(yù)報。

由于導航衛(wèi)星的特性，捕風衛(wèi)星監(jiān)測到的風場點是離散的，因此其優(yōu)勢更主要體現(xiàn)在多星星座運行時同步獲取風場數(shù)據(jù)的能力，而采用被動監(jiān)測工作模式的捕風衛(wèi)星具有低成本特性，更適合構(gòu)建多星星座。逐步構(gòu)建捕風衛(wèi)星星座也是今后努力的方向。

“雖然是首次開展利用導航反射信號進行海風探測的研究，我們還是有基礎(chǔ)的，不只是開展了原理可行性研究，還開展了試驗驗證。”據(jù)白照廣介紹，幾年前，研究院下屬的空間電子信息技術(shù)研究院的專家們就著手開始GNSS-R相關(guān)載荷技術(shù)研發(fā)準備工作，并已經(jīng)通過飛機較飛成功在海面上驗證了載荷功能的有效性。

為了讓捕風“慧眼”更快實現(xiàn)應(yīng)用，捕風一號選擇了海上發(fā)射。海上發(fā)射因其特殊性，使得衛(wèi)星面臨著許多新環(huán)境、新流程、新要求，需要設(shè)計針對性的新狀態(tài)，安排新的測試與檢驗環(huán)節(jié)，對捕風一號的系統(tǒng)設(shè)計、測試、加注、運輸及環(huán)境保障等提出了新挑戰(zhàn)。此次，捕風經(jīng)歷了特殊的“旅程”，在與火箭對接之后用“躺倒”的方式進行運輸，從北京一路“坐火車”抵達發(fā)射場，而衛(wèi)星上船前的測試工作也進行了優(yōu)化精減。

在捕風一號衛(wèi)星上，航天東方紅衛(wèi)星有限公司首創(chuàng)“交鑰匙”模式，就是不僅研制發(fā)射衛(wèi)星，還聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢單位開展數(shù)據(jù)處理與標校工作。比如：航天東方紅聯(lián)合空間電子信息技術(shù)研究院建立了數(shù)控中心及測控與數(shù)據(jù)接收站，與用戶運管、數(shù)據(jù)接收站及商業(yè)測控站協(xié)同完成測控、運管、數(shù)據(jù)接收等工作，從而為用戶提供“打包式”服務(wù)。白照廣形象地比喻說，就好像是建房子，過去研制方只是建好毛坯房就交給用戶。我們現(xiàn)在要把房子精裝好以后，再交付給用戶。“將來直接把數(shù)據(jù)初級產(chǎn)品傳輸?shù)接脩舻南到y(tǒng)里，用戶就可以很方便‘看’海風了，簡化了用戶反演的工作量?！卑渍諒V說。

“我們將逐步構(gòu)建捕風衛(wèi)星星座，多顆衛(wèi)星協(xié)同觀測，實現(xiàn)更大范圍、更高精度甚至準實時監(jiān)測全球范圍內(nèi)的海面風場，更加精準地預(yù)警臺風，從而可以最大限度地避免臺風帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失?！卑渍諒V介紹。后續(xù)，通過開展導航信號微波遙感技術(shù)的其它應(yīng)用拓展，研究院將逐步建設(shè)捕風衛(wèi)星星座，進一步提高海面風場測量的實時性，為我國氣象領(lǐng)域海洋/陸地遙感、大氣探測和電離層監(jiān)測做出貢獻，并服務(wù)于一帶一路沿線國家的氣象保障和防災(zāi)減災(zāi)。