風雲二號氣象衛星

風雲二號氣象衛星(FY-2)是我國自行研製的第一代地球同步軌道氣象衛星，與極軌氣象衛星相輔相成，構成我國氣象衛星套用體系。風雲二號衛星由兩顆試驗衛星（FY-2A衛星、FY-2B衛星）和四顆業務衛星（FY-2C衛星、FY-2D衛星、FY-2E衛星、FY-2F衛星）組成，作用是獲取白天可見光雲圖、晝夜紅外雲圖和水氣分布圖，進行天氣圖傳真廣播，收集氣象、水文和海洋等數據收集平台的氣象監測數據，供國內外氣象資料利用站接收利用，監測太陽活動和衛星所處軌道的空間環境，為衛星工程和空間環境科學研究提供監測數據。

2018年6月5日21時07分，中國風雲二號H星在西昌衛星發射中心用長征三號甲運載火箭成功發射。

基本介紹

• 中文名稱：風雲二號氣象衛星
• 代號：FY-2
• 類型：地球同步軌道氣象衛星
• 數量：6顆

介紹

風雲二號系列靜止氣象衛星是我國第一代靜止氣象衛星，共發射6顆，即風雲二號A/B/C/D/E/F，兩顆試驗星（風雲二號A/B），四顆業務星（風雲二號C/D/E/F）。其中風雲二號A星於1997年6月10日發射成功，風雲二號B星於2000年6月25日發射成功，姿態均為自旋穩定，只有一個三通道掃描輻射計，設計壽命3年。從風雲二號C星起，掃描輻射計由三個通道增加到五個通道，在性能上較風雲二號A/B兩星有較大的改進與提高。風雲二號C星、D星、E星和F星已分別於2004年10月19日、2006年12月8日、2008年12月23日2012年1月13日發射。

風雲二號氣象衛星

風雲二號衛星既是高科技的產物，同時也是一個複雜的系統工程。涉及電子技術、光學技術、材料技術、關鍵的元器件技術，以及套用技術，其背後體現的是國家綜合科技實力，參與衛星、運載、測控、發射、套用五大系統的科技人員成千上萬，歷經20餘年，付出了極其艱苦的努力。

發射歷程

風雲二號A星發射之後，上天運行了3個月左右就開始出現一些故障。只能間歇性工作，每天工作6到8小時之後就要休息。B星發射上去之後，前面兩顆星，大家搞了很多年，在氣象業務套用上都沒有達到預期的效果，最終沒有實現業務化。但這兩顆衛星在天上運行給我們積累了大量的經驗，包括空間環境，衛星運行的環境數據很多都是在衛星運行過程中逐漸暴露，然後科技人員經過分析研究和大量的地面模擬試驗，再拿出解決辦法。在兩顆星的基礎上，風雲二號C星做了256項大的技術改進，這些改進完全是在A星、B星失敗的基礎上總結出來的。完全可以說，風雲二號衛星的成功是一代人，甚至是兩代人、三代人艱苦努力，各部門通力合作的結果。

A星

FY-2A衛星是我國第一代靜止氣象衛星風雲二號氣象衛星的第一顆試驗衛星，FY-2A衛星於1997年6月10日發射成功，姿態均為自旋穩定，只有一個三通道掃描輻射計，設計壽命3年。 1997年12月1日正式交付用戶進行業務使用。衛星雲圖資料在監測颱風和海洋天氣、暴雨預報、為防汛服務、進行青藏高原上空天氣系統分析、航空氣象保障及氣候變化等方面已發揮出重要作用。

FY-2A衛星運行了3個月左右就開始出現一些故障，只能間歇性工作，每天工作6到8小時之後就要休息。在氣象業務套用上都沒有達到預期的效果，最終沒有實現業務化。

B星

FY-2B衛星是我國第一代靜止氣象衛星風雲二號氣象衛星的第二顆試驗衛星，FY-2B衛星於2000年6月25日“長征三號”火箭從西昌衛星發射中心發射升空，並於7月6日成功獲取第一張原始雲圖。姿態均為自旋穩定，只有一個三通道掃描輻射計，設計壽命3年。

FY-2B星發射上去之後，運行了不到8個月，星上有一個部件開始出毛病，衛星轉發下來的信號比正常情況下衰減很多，接收起來非常困難。在氣象業務套用上都沒有達到預期的效果，最終沒有實現業務化。這顆衛星的運行給風雲二號氣象衛星後續衛星積累了大量的經驗。

C星

FY-2C衛星是我國第一代靜止氣象衛星風雲二號氣象衛星的第一顆業務衛星。2004年10月19日，FY-2C衛星發射升空後，24日定位於東經105度赤道上空，定點距地面36000千米，占據了FY-2B衛星位置，以對亞太地區氣象情況進行觀測。衛星定位後4天，地面套用系統進行了適應性調試，與衛星進行了技術對接，打通了業務測控、數據傳輸與轉發信道，開通了掃描輻射計。

D星

2006年12月8日風雲二號（FY-2D）靜止業務氣象衛星發射成功，實現了“在軌備份”。風雲二號D星運行穩定，技術狀態良好。

E星

2008年12月23日08時54分04秒，我國自主研製的第三顆業務靜止氣象衛星——風雲二號E星在西昌衛星發射中心由長征三號甲運載火箭成功發射升空。風雲二號E星的成功發射，為我國靜止軌道氣象衛星增添了新的一員，對於確保我國靜止氣象衛星觀測業務的連續穩定運行具有重要的意義。

F星

2012年1月13日8時56分，風雲二號07星在西昌衛星發射中心成功發射。風雲二號F星是風雲二號03批3顆衛星中的首發星，星載兩個主要載荷：掃描輻射計和空間環境監測器。

掃描輻射計包括1個可見光和4個紅外通道，可以實現非汛期每小時，汛期每半小時獲取覆蓋地球表面約1/3的全圓盤圖像。同時，風雲二號F星還具備更加靈活的、高時間解析度的特定區域掃描能力，能夠針對颱風、強對流等災害性天氣進行重點觀測，將在我國氣象災害監測預警、防災減災工作中發揮重要作用。空間環境監測器實現對太陽X射線、高能質子、高能電子和高能重粒子流量的多能段監測，用於開展空間天氣監測、預報和預警業務。

H星

2018年6月5日21時07分，中國風雲二號H星在西昌衛星發射中心用長征三號甲運載火箭成功發射。

風雲二號H星

風雲二號H星是中國第一代靜止軌道氣象衛星的最後一顆，計畫經4個月在軌測試後軌道向西調整，定點於東經79度的赤道上空，有助於提高中國天氣系統上游地區的監測能力，並為‘一帶一路’沿線國家提供天氣預報、防災減災等監測服務。

技術特色

總體來講，在一些基礎性、關鍵性基礎上，我國和國際先進水平相比仍然有些差距，但是風雲二號衛星有我們的特色，在許多地方做的令世界同行側目。所以它獲得國家科技進步一等獎也是當之無愧的。

歸結起來來說，有五個方面能夠體現風雲二號的技術特色：

靜止軌道觀測

靜止軌道距離地球有35800公里，在這么遠的地方獲得高清晰圖象，技術上是有相當難度的。所以它的第一個技術特點就是星上的觀測儀器，有5個通道，就是可以同時獲取5張圖。

衛星總體設計

風雲二號的圖象質量是非常好的，為了保證高質量的圖象，衛星設計做了大量的工作，包括星上怎么提供能源，怎么樣控制好衛星的姿態，怎么樣保證星上數據處理和下發等等。

星地一體化

星地一體化實現了高精度的圖象定位，一般網友對這個可能不是很了解，遙感衛星要實現對地球的圖象精確定位是比較難的事情，尤其是靜止軌道衛星，這么遠，我們實現了圖象定位準確度“像元級”。定位準的好處有：1.對發生災害位置的估計就會減少誤差。2.會使連續動畫保持穩定。

定量套用

風雲二號最大的亮點，就是我們做的定量套用比較有特色，有些套用技術也是國際同行公認的。在處理風雲二號觀測到的數據時形成了各種各樣定量的產品，用這樣一些觀測數據可以反演出各種大氣物理參數。比如風場、雲參數、降水信息等。

穩定業務運行

氣象衛星要求觀測是連續的，衛星一旦停止工作，就會給天氣預報、災害監測造成嚴重影響。風雲二號星地系統實現了一年365天、每天24小時連續運行。

雙星觀測

首先，是在軌衛星由於它的不可維護性，風險較大，難免有在軌故障或者失效，但是組織一顆衛星發射需要很長時間。如果天上就一顆星，它突然壞了，那氣象業務就中斷了。所以雙星的第一個作用是實現在軌備份，確保氣象業務不中斷。

第二，兩顆星可以同時觀測，並不是冷備份，是一種熱備份的概念。同時觀測的好處是：從空間上，可以擴大監測範圍。從時間角度，每一顆衛星每半小時觀測一次地球，如果把半小時錯開，比如這顆衛星10點30開始觀測，下顆衛星是10點45開始觀測，這樣使時間間隔每次觀測縮短到15分鐘，這樣重疊區域地方，每隔15分鐘就可以看到天氣過程。通過實際的工作表明，雙星15分鐘的加密觀測對氣象預報有十分明顯的作用，因為很多中小尺度的天氣系統，發展非常快，特別是汛期，觀測時間間隔過長會漏掉這些重要的天氣過程。比如有些局地的強降雨持續時間只有十幾分鐘，雙星觀測後這些過程我們可以更好地捕捉到。雙星重疊區動畫技術，做的非常出色，是風雲二號衛星套用的一個亮點。

數據處理

風雲二號氣象衛星的觀測數據經數據和指令接收站(CDAS)站接收後被傳送到數據處理中心(DPC)，在 DPC 進行各種數據處理。風雲二號氣象衛星的數據處理指邏輯數據的處理，其內容包括將衛星觀測數據處理成圖像和產品的全過程。

風雲二號靜止氣象衛星是通過衛星和地面套用系統協同工作完成對地觀測任務的。運動中的衛星觀測運動中的地球。每一個瞬間，衛星只觀測地球上一個地點，獲取一組觀測數據。原始觀測數據取到以後立即傳給地面。地面套用系統獲得原始觀測資料後，將它們拼接，形成一幅好像是衛星相對於地球靜止地從太空往下看，所觀測到的地球景觀圖， 稱為展寬圖像。展寬圖像的形成過程是衛星和地面套用系統協同工作的過程，另文敘述。本文介紹展寬圖像形成以後，處理出定量產品的過程。

風雲二號氣象衛星上的掃描輻射儀從太空遙感地球大氣，逐個像元地獲得來自地球表面和雲的若干個波段的輻射資料。風雲二號靜止氣象衛星的數據處理，是要從衛星遙感觀測數據中，提取遙感目標物所在地點的關於地表、雲和大氣狀態的定量參數產品。其中有三個基本的科學問題要解決。

第一個問題是衛星所遙感的觀測目標物在什麼地方。這個問題稱為圖像配準和定位。風雲二號氣象衛星是通過星地協同工作完成對地觀測的。星載多光譜掃描輻射儀對地球進行兩維掃描獲取地球圖像數據。掃描階段所獲取的數據尚不能組成可用的圖像。地面系統利用遙測數據，將掃描過程中所獲取的對地觀測數據，處理成一幅相當於在衛星所在位置直視地球所看到的可用圖像，並指出圖像上每一個觀測像元所在的地理經緯度位置。這就是圖像配準和定位。

第二個問題是衛星上的感測器所感應到的輻射量是多少；以及離開遙感目標物的輻射，在傳遞到衛星的路徑上，由於與大氣介質的相互作用，改變了多少。這方面的問題稱為定標和輻射的大氣訂正。風雲二號產品定量處理的目的，是要從衛星觀測數據中提取地表、雲和大氣狀態的定量參數產品。而衛星所觀測到的，是感測器測量計數值。根據感測器測量計數值，求解地物狀態參數，要做一系列的數據變換。先將遙感儀器的輻射觀測數據標定為輻射當量，即定標。定標後，獲得了進入衛星遙感儀器的入瞳輻射。然後要對入瞳輻射做一系列的數據處理。這些數據處理，實際上是對輻射從離開觀測目標物開始，直到被掃描輻射儀測得為止，每一種物理過程所帶來輻射附加值的訂正。經過定標和大氣訂正處理，獲得了離開遙感觀測目標物的離物輻射。前面兩個問題統稱衛星觀測數據預處理。

第三個問題是，從來自位置己知遙感觀測目標物的離物輻射數據中， 提取出能代表地表、雲、大氣物理狀態和運動的參數。或根據云圖的時間序列，推導出代表地物和大氣的狀態和運動的產品。這個問題稱為產品定量處理。

風雲二號是自旋穩定的地球同步氣象衛星。 準確的定位需要知道每個瞬間衛星的位置和姿態。表達衛星位置和姿態的參數系由 13 個參數組成。其中包括表達衛星位置的 6 個軌道參數；表達衛星姿態的 3 個姿態參數；還有 3 個掃瞄器失配參數和 1 個 β 角參數。這些參數聯合起來完整地描寫了運動中的觀測工具衛星與運動中的觀測目標物地球之間的幾何關係。

風雲二號產品定量處理的目的，是要從衛星觀測數據中提取地表、雲和大氣狀態的定量參數產品。而衛星所觀測到的，是感測器測量計數值。根據感測器測量計數值，求解地物狀態參數，要做一系列的變換。這些變換實際上是對輻射從離開觀測目標物開始，直到被掃描輻射儀測得為止，每一種物理過程所帶來輻射附加值的訂正。
首先考察紅外和水汽輻射，由於衛星觀測到像元的輻射中存在來一部分自環境的輻射， 觀測目標物的真實溫度與黑體溫度差別可能相當大。

蓄電池組

台北時間 2012 年 1 月 13 日 8 時 56 分 04 秒，風雲二號03 批工程的首發星 F 星成功發射。衛星最終定點於東經112°赤道上空。03 批衛星設計壽命由 3 年提高到 4 年，將擇機接替目前在軌超期服役的同類衛星。目前在軌正常工作的風雲二號氣象衛星有 C 星、D 星、E 星和 F 星。

風雲二號衛星電源系統由太陽電池陣、 鎘鎳蓄電池組和電源控制裝置三部分組成。電源分系統採用全調節母線技術，不論是光照期還是地影期，母線電壓始終恆定在(29.5±0.5) V。在光照期，太陽電池陣為星上有效載荷和公用平台供電，同時為蓄電池組充電，並由分流器進行分流調節，保證母線電壓恆定在(29.5±0.5) V。在地影期由蓄電池組給星上負載供電，由升壓調節器對蓄電池組進行升壓並調節，使母線電壓恆定在(28.5±0.5) V。由於為靜止軌道衛星，風雲二號衛星每年在春分和秋分前後經歷兩個共 90 天左右的地影時間，蓄電池組只在地影期間供電，全日照期蓄電池組涓流充電，不參加整星的供電。

02 批鎘鎳蓄電池組額定容量為 25 Ah，03 批鎘鎳蓄電池組額定容量為 28 Ah，都是由 19 只單體電池串聯組成，其中有兩隻單體電池帶信號電極（第三電極），提供蓄電池組充電終止信號電壓。每隻單體電池並聯一隻保護二極體組件，提供單體電池內部開路失效時的旁路保護。25、28 Ah 鎘鎳電池設計和工藝相同，極板為全燒結式，採用陶瓷 - 金屬極柱密封技術。電極容量為正極限制，過量的負極活性物質用於吸收充電後期生成的氧氣，確保電池的密封性。利用鎳正極在充電後期和過充電情況下生成氧氣的特性，在第三電極電池中裝配吸氧信號電極，與負極相對形成氣體電池，外接信號電阻，提供電池組的充電狀態，並作為充電終止控制信號。

經濟效益

風雲二號氣象衛星的效益首先體現在重大的災害性天氣過程以及重大的氣象自然災害監測方面，發揮了非常特殊的作用。2006年至2008年這三年過程中，據統計，影響我國的颱風72個，其中有23個颱風是登入的，所有的這些颱風風雲二號一個都沒有漏過。比如2005年登入我國的超強颱風“海棠”，2006年超強颱風“桑美”以及2007年超強颱風“羅莎”的監測預報過程中風雲二號衛星都發揮了功不可沒的作用。

風雲二號衛星對暴雨、沙塵暴、大霧、草原和森林火災等也有很強的監測能力。比如2007年的江淮暴雨，由於持續暴雨最後作出了在安徽王家壩分洪的決策，在這個過程中從國務院領導到當地政府，以及中國氣象局領導都高度重視，迫切需要了解天氣的實況過程以及預報結果，關鍵時刻風雲二號衛星提供的資料發揮了很好的作用。再舉個例子，2006年黑龍江和內蒙古的森林草原大火，風雲二號衛星不僅提供了持續不斷的動態火情監測產品，還提供了人工影響天氣作業的天氣分析產品，為最終撲滅大火立下了汗馬功勞。

社會效益

電視觀眾每天都能通過各種電視節目收視到風雲二號的雲圖，通過雲圖來了解天氣形勢，比如今天晚上肯定會有颱風“浣熊”的預報。這既是對百姓的服務，同時也是宣傳和普及氣象知識，增強公眾對自然災害防禦的意識有很重要的價值。當然，它的社會效益遠遠不限於如此，除了在氣象防災減災套用上。國內的民航、交通、農業、漁業、水利、電力、林業、軍隊等很多部門都在利用風雲二號的資料。舉個例子，風雲二號有大霧的監測能力，交通部門就很需要這方面的資料。類似這樣的例子有很多。所以，風雲二號衛星的投入產出比是很高的，效益巨大。

國際地位

風雲二號衛星系統從整體上講，與國際上目前正在使用的靜止氣象衛星技術水平是相當的。儘管在一些基礎性和關鍵技術上，我們仍然有一定的差距，但是我們在某些方面也比其他國家做的好，同時，我們趕超的勢頭和進步的速度是最快的，這是不爭的事實，國際公認。我們在較短的時間內達到了國際在軌衛星同等的水平，這給我們國家在氣象領域贏得了尊重。

風雲二號衛星在全球氣象衛星觀測網中占有重要的位置，在整個東亞這塊，特別是印度洋、青藏高原的衛星觀測過去是一個很薄弱的區域。我國風雲二號衛星定位於東經105度，其位置決定了它是整個地球觀測系統中不可或缺的一部分，它獲得的觀測資料對國際的氣象界乃至地球科學界都是一個貢獻。在世界氣象組織的空間計畫中，風雲二號衛星被列為骨幹業務衛星，承擔為全球天氣和氣候觀測的義務。在上個世紀我國的氣象衛星套用主要依靠國外的衛星資料，不僅有自主衛星，還對外快進行資料共享和數據服務，用通俗的話說就是使用人家的變成人家使用我們的，這體現了非常大的變化，這也奠定了我國家在世界氣象組織的地位。

國際上越來越多的國家和地區使用風雲二號衛星資料，評價也很積極，比如澳大利亞、日本、美國、歐洲以及東南亞的一些國家，包括我們國家的香港、澳門、台灣地區都在用風雲二號的衛星資料。