世界观天下！我国首颗降水星研制背后的故事——用17年时间养育这颗星

4月16日9时36分，酒泉卫星发射中心，我国首颗低倾角轨道降水测量卫星（以下简称“降水星”）风云三号G星成功发射。

从降水星最初设想到载荷试验，再到从西北大漠一冲飞天。这一刻，气象和航天工作者盼了17年。

筑梦2006年之夏

(资料图)

故事的关键一幕发生在北京昌平的九华山庄。

从2004年起，关于“第一代风云气象卫星进入尾声，第二代卫星如何发展”的问题成为许多气象卫星工作者的心头大事。

到了2006年，在九华山庄举行的气象卫星发展论坛上，谋划下一代风云气象卫星发展成为会议的焦点。

气候变化加剧、现实需求迫切、制作技术革新……经各方研讨，在大气科学研究、气象业务发展和航天科技进步三方需求下，结合美国、日本已联合发射专用降水测量卫星等现实，研制国产降水星成为共识。

如今国家卫星气象中心的众多专家对17年前的论坛依然印象深刻，“一切的开端都是在九华山庄”成为笑谈。

时间再回到1997年，美日联合实施热带降水测量计划（TRMM），发射了装载降水雷达（PR）的TRMM卫星，并通过多种探测器联合实现了降水的星载探测。我国水旱灾害多发，发射自己的降水星十分迫切。

大戏开场。此后，国家国防科技工业局在民用航天预研项目里启动星载降水测量雷达技术研发，逐步推进风云三号G星的立项研制和科技攻关。

图为风云三号G星 图片来源：国家卫星气象中心

将雷达“搬上太空”

降水星研制是一项系统工程，需要统筹平衡并抓住重点。这其中，主载荷降水测量雷达尤为关键。

风云榜一出，揭榜人也不俗。中国航天科技集团有限公司九院704所开始了十余年的攻坚。

当时，国内还没有人做过降水测量雷达相关的技术攻关。想要打赢这场仗，终点在哪、历时多久，气象和航天科技工作者并不清楚，只能一边奔跑一边摸索。

有别于其他项目，704所科研人员普遍对降水测量雷达研制的难度感受极深——这是我国第一次研制降水测量雷达，采用Ku和Ka双波段观测台风、暴雨、暴雪等大气降水的三维滴谱特性，装载双频降水测量雷达难度非常大！

从2006年开始，704所集结人员、组成攻坚团队，针对性开展研发工作。2010年，704所在江苏盐城附近的黄海海域开展挂飞试验。这次试验历时近两个月，按照同一个时间、同一个位置、同一个目标的思路，不仅跟TRMM卫星数据对比，还利用地面雷达进行测试，进一步验证性能。

到了2011年，来自气象、航天等部门的专家共同为两家单位打分，顺利完成预研工作。此后便进入立项、工程化和改进阶段。2016年，经历原理样机、初样、正样三个阶段，704所啃下“硬骨头”。此后，进入定标和研制阶段。

在技术上，整星则采用主动降水测量与被动微波、光学成像遥感相结合的方案。主动降水测量意味着什么？“可以想象成手电筒！”据介绍，原来的气象卫星看降水是被动的，就好比天黑时，人的肉眼无法完全看清，但有了手电筒，就能够看得更清晰、更准确。当主动和被动结合，其探测手段更直接、目标更清晰、针对性也更强。

这是风云三号卫星第二次上主动载荷。2021年发射的“黎明星”风云三号E星也有一个主动载荷，但重点是测风而不是测雨。

17年间，国家卫星气象中心和704所齐心协力，充分沟通需求、加强协同配合——联合协同的合作星这一定位再次得到印证，最终实现全球降水星家族首添“中国造”，其降水测量能力整体优于国际上首颗降水雷达PR，与国际上第二代降水雷达DPR能力相当，部分指标略优于DPR。

图为风云三号G星太阳能板展开示意图 图片来源：国家卫星气象中心

不断追求“最优解”

报国为民，是我国科技工作者不变的奋斗底色。

十几年前，降水星在我国还只是一个概念，如今变为现实，期待它传回资料、应用分析，进一步服务国家、服务人民。

407公里的轨道高度和50°的轨道倾角是风云三号G星上两个尤为关键的“平衡值”。“平衡”的目的是为了让卫星效益最大化，为百姓添福祉保平安。

407公里能让监测更有效——其他风云三号卫星轨道高度都是820公里，原本希望风云三号G星更高一点，因为407公里高度会受到大气影响，但考虑到星载雷达的探测距离，便通过增加燃料的方式确保卫星顺利到达指定位置且更稳定运行。

50°能让监测更全面——经过科技工作者的反复讨论，并借鉴TRMM卫星等，与其早期的35°相区别，实现了我国国土全覆盖，具备对影响我国区域的台风、暴雨等强对流天气系统结构的三维探测能力。我国自此成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜四条近地轨道气象卫星的国家。

通过中继技术开展业务数据传输实现全球中低纬度地区云和降水参数的高精度遥感探测，也是最优解之一。

风云三号G星运行时并不经过南北极，无法借用南北极卫星接收站的数据中转功能，如果仅靠国内卫星地面站来接收监测资料，可能需要16个小时才能完成数据同步，这无法满足降水天气应用的时效需求。

据介绍，国家卫星气象中心通过中继技术实现了数据传输，将数据获取时间从16小时压缩到3小时内，这是风云气象卫星第一次，也是国内民用卫星的第一次。

中继卫星就像是“卫星的卫星”，被放置在距离地球3.6万公里的同步轨道高度，它可以“居高临下”观测在中低轨道运行的航天器，将获得的数据回传至地面站。当风云三号G星飞过中继卫星时，把观测数据及时上传至中继卫星，中继卫星再将数据传到地面站，这相当于把南北极卫星接收站放到了天上的中继卫星上，从而使数据获取时效达到预期效果。

轻舟已过万重山

降水星上天，天气预报会更准吗？答案是肯定的。

实际上，不论是天气预报员，还是数值预报模式研发人员，都急切期待风云三号G星在相关领域的业务应用。该卫星作为世界气象组织框架下全球降水探测的重要组成部分，可显著增强全球气候变化背景下灾害性天气系统云和降水监测、预报及气象防灾减灾救灾能力。

17年，有些最初参与研发的气象科技工作者已生出白发，如何更好使用气象卫星数据、真正做到“好用”和“用好”是他们共同的心愿；伴随降水星主载荷的研发和推进，原本重点在武器装备制造领域的704所也拓展出了更广阔的新领域。

伴随火箭吞吐烈焰、大地震颤，降水星汇入灿烂星河。

138.2亿岁的宇宙，这一天对人类和中国来说都值得铭记。

（作者：王亮 责任编辑：颜昕）