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每天出現在天氣預報中的風云衛星,有哪些飛行軌

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-09-15 23:56:56    作者:企資小編    瀏覽次數:67
導讀

出品:科普中國制作:王錚監制:中國科學院計算機網絡信息中心出門前我們習慣先看天氣。但你知道面對反復無常的天氣變化,我們是如何及時預報的嗎?這就得說到氣象衛星,比如我們熟知的“風云系列”氣象衛星。夏末秋

出品:科普中國

制作:王錚

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

出門前我們習慣先看天氣。但你知道面對反復無常的天氣變化,我們是如何及時預報的嗎?這就得說到氣象衛星,比如我們熟知的“風云系列”氣象衛星。

夏末秋初,9月到來,天氣逐漸涼爽。恰巧,風云衛星最初發射就是在9月。

1988年9月7日,風云一號A衛星(FY-1A)發射;1990年9月3日,風云一號B衛星(FY-1B)發射。時至今日,風云衛星已經成長為一個系列。

中國的風云衛星家族有哪些成員?各自有哪些飛行軌道?為什么這樣選擇?

風云衛星云圖(圖片來源:中央氣象臺)

風云衛星中的四大家族

衛星首次實現了我國氣象、海洋和空間環境的綜合探測應用,開創了我國航天事業的新紀元。風云衛星有諸如“一號”“二號”“三號”這樣的名稱,但每個名稱指稱的并不是單顆衛星。

例如,在風云一號A衛星(FY-1A)和風云一號B衛星(FY-1B)中,“FY”是“風云”的縮寫,“1”代表“一號”,A和B是它們更進一步的代號。

風云一號是我國第一代“太陽同步軌道氣象衛星”,主要用于獲取全球氣象云圖和海洋資料。同時,它還能獲取晝夜可見光、紅外云圖,冰雪覆蓋、植被、海洋水色、海面溫度等,為中長期天氣預報、氣象和海洋科學研究、氣候預測提供了必要的基本資料,也在災害監測、環境遙感中發揮了巨大作用。

早在1977年,就形成了風云一號氣象衛星的總體初步方案,之后全面開展研制工作。1985年10月,風云一號氣象衛星工程被列入“七五”期間衛星型號發展的重點項目,很快在1988年風云一號A星就發射成功。

風云一號衛星系列包總共含4顆衛星。在A衛星和B衛星發射約10年后,1999年和2002年又分別發射了C衛星和D衛星。目前,4顆衛星均已失效并退役。值得一提的是,最初發射的A衛星服役時間僅有39天,但D衛星足足做了10年的“天氣預報員”。

風云一號衛星(圖片來源:國家衛星氣象中心)

風云二號同樣也不只是一顆衛星,而是由2顆試驗衛星(FY-2A、FY-2B衛星)和系列業務衛星(FY-2C、FY-2D、FY-2E、FY-2F、FY-2G、FY-2H等)組成。

風云二號衛星系列可以獲取白天可見光云圖、晝夜紅外云圖和水氣分布圖,進行天氣圖傳真廣播,收集氣象、水文和海洋等數據收集平臺的氣象監測數據。這一系列是“地球同步軌道衛星”。

風云二號衛星(圖片來源:國家衛星氣象中心)

風云二號頻繁的迭代保證了星地系統一年365天、每天24小時連續運行。FY-2D之后,幾乎隔2年或4年就會發射一枚新的風云二號衛星,直到2018年還有2H衛星發射,幾乎橫跨了咱們現在年輕人的整個青少年時期,難怪天氣預報節目上老有它。

這些風云二號系列衛星的設計和功能都非常相似。前一顆衛星還在工作,后一顆就上天開始觀測了。也正是這樣的“備份”,才能保證這十多年來的無縫對接。

大家有時還會在天氣預報上聽到“風云三號”。風云三號由3顆衛星組成(FY-3A衛星、FY-3B衛星、FY-3C衛星),雖然被戲稱為“奧運星”,但其實只有第一顆是在接近2008年奧運會的時間發射,后兩顆發射于2010和2013年。

彼時,它的任務目標是和風云二號氣象衛星一起,共同為奧運會提供氣象保障服務。探測對象包括地球大氣環境的三維、全球、全天候、定量、高精度資料。風云三號是繼承風云一號的“極軌太陽同步軌道衛星”。

風云三號01批星(圖片來源:國家衛星氣象中心)

至于最新的風云四號衛星,A星在2016年12月11日發射,后續自然也還會有B星。它們也是地球同步軌道衛星,繼承的是風云二號的衣缽。

2017年2月27日,風云四號A星獲取首批圖像和數據。中國獲取并發布了世界第一幅靜止軌道地球大氣高光譜圖,同時也首次獲取了彩色衛星云圖和閃電分布圖。

風云四號A星(圖片來源:國家衛星氣象中心)

這些衛星的軌道非常好記:奇數的一號和三號是“極軌”的“太陽同步軌道”衛星,偶數的二號和四號是“靜止”的“地球同步軌道”衛星。

“太陽同步”,要怎么同步?

風云一號和三號是“極軌”的“太陽同步軌道”衛星。所謂“極軌”,也就是軌道經過地球南北極上空,軌道平面與地球赤道面相垂直。

但實際上,通常衛星軌道不會正好經過南極點、北極點,而是略微傾斜。所以準確地說是“近極軌”,軌道平面與赤道平面的夾角接近90度。

咱們想象一個原地自轉的地球儀,地球儀側面的支架就像軌道面一樣。在宇宙空間中,沒有特別的力的話,這個平面會如支架一樣不動如山。那么,隨著地球自轉,衛星軌道就會遍歷整個地球所有區域上空。

地球儀(圖片來源:justglobes.uk)

但是,衛星軌道面真的不會動嗎?

如果地球是個均勻球體,那傾角90度軌道的衛星正好受力均衡,軌道平面不會轉動,叫做隨地球“平動”。

但是,地球是個扁橢球體,扁橢球體上的各點對衛星的引力不等,而且地軸又是傾斜的。于是,衛星的軌道平面繞地軸朝著與衛星運動相反方向旋轉,稱為軌道平面的“進動”。所以,太陽同步軌道才要選擇略微大于90°的軌道傾角。

根據計算,進動的速度大約為1°,正好使軌道平面與太陽始終保持固定的取向。也即是說,衛星的軌道平面也在進行一年360°的旋轉,正好總是垂直于太陽與地球的連線,那么在地球周圍轉圈的衛星就不會被地球擋住,可以充分照射太陽光,也就是“太陽同步”。

因此,太陽同步軌道所同步的是,其實是地球的公轉。

風云衛星選擇這個軌道,對天氣預報信息的獲取非常有利。首先,可以最大化利用太陽能發電。其次,衛星每次飛越某地上空時,太陽都是從同一角度照射該地,通過對比拍攝的照片,可以獲得更多的信息。

“地球同步靜止”,在天上也能靜止嗎?

風云二號和四號是“靜止”的“地球同步軌道”衛星。那么,它們又是怎么“靜止”的呢?

其實,它們并不是在宇宙空間中停留不動,而是咱們地面的人往天上看,這顆衛星總在頭頂沒有飛走,就好像是靜止了。

從地球上看,太陽東升西落,是因為地球一直自西向東自轉。所謂“地球同步軌道”,同步的就是地球自轉。衛星的軌道周期等于地球在慣性空間中的自轉周期(23小時56分4秒),而且方向與之一致。因此,衛星總是隨著地球一同旋轉,與地面的位置相對保持不變。

地球同步軌道(圖片來源:wikipedia)動圖

由于地球同步軌道的軌道面與赤道平面重合,即軌道傾角為0度。所以,衛星并不能停留在任意地區(比如北京)的正上方,而是始終位于赤道某地的上空。

中國的風云衛星雖然不是在中國廣袤土地的正上方,但是選擇了經度匹配的經度。例如,曾選擇東經105度、99.5度、79度等位置,抬頭仰望,我們甚至無法捕捉到它們的身影。

然而,正是這一顆顆肉眼難以見到的衛星,不僅構成了服務于中國天氣預報的衛星體系,還在氣候監測、災害監測和環境遙感等方面發揮了重要作用,為社會的發展作出了巨大貢獻。

 
(文/企資小編)
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