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风云四号卫星“抓闪电”靠的是什么?

来源:新华社 2017-02-28     白国龙

图表:我国风云四号气象卫星发布首批图像与数据 新华社记者 王永卓 编制

  可秒拍500张图、“捕捉”闪电的我国新一代静止轨道气象卫星风云四号,日前公布了首批静止轨道闪电探测影像。闪电数据为2017年2月13日对澳大利亚西部地区的一次强雷暴的全过程数据,将该地区持续约6小时的强雷暴的产生、发展、结束全过程中的闪电发生情况完整再现。

  风云四号卫星“抓闪电”的本领为啥这么强?能给我国闪电预警带来哪些益处?记者日前采访了风云四号闪电成像仪的研制单位专家,揭开它“抓闪电”的奥秘。

  “抓闪电”靠“超能力”

  风云四号搭载的我国首台地球静止轨道闪电探测仪器,由中国航天科技集团公司五院508所研制,是我国首台地球静止轨道闪电探测仪器,填补了我国空基闪电探测方面的空白。

  中国航天科技集团公司五院508所闪电成像仪主任设计师鲍书龙说,闪电成像仪有一双敏锐的“眼睛”,每秒可探测500张闪电图,实现中国及周边区域24小时不间断的闪电实时探测,而这都源于它具备的“超能力”:

  它能每2毫秒就探测一次中国及周边闪电情况,探测速度是国内大范围闪电探测速度中最快的;它是遥感卫星中的“寿星”,具有7年24小时超长的在轨不间断实时闪电探测能力;它像个“大广角”镜头,一次可实时实现中国及周边区域的闪电探测与监测;它是个不休息的“摄影师”,举起镜头,能够实现每秒6帧地面图像的获取,实时监测云层、强对流气团的运动;它还是个“智能型”选手,具有在轨探测算法全部更改能力,闪电探测效率能力强。

  攻关十三载 打造闪电探测“黑科技”

  在太空中探测的闪电是叠加在云层上的一个个离散的点状目标。由于云层对阳光的强反射,大部分闪电的亮度相当于云层背景的十分之一,甚至百分之一。

  同时,由于观测范围广,观测范围内的背景反差大,白天闪电淹没在背景之中。因此,白天在轨实时探测大反差、强背景上随机点源的闪电非常困难。

  鲍书龙说,2003年,508所闪电成像仪项目组成立时,我国关于闪电探测的研究尚处于空白。从太空中看到的闪电是什么样子,我们并不清楚,只能从美国NASA公布资料中的只言片语、欧空局公开的会议材料,甚至日本同类型产品的技术参数中摸索学习。

  经过十三年的探索攻关,研究人员先后掌握了大口径超窄带滤光片、高帧率大动态范围面阵焦平面组件、闪电场景实验室模拟等数十项新技术。例如国内自主研制的高帧率大动态高灵敏度探测器,使得闪电成像仪看得见黑夜中的细发、看得清强光中的秋毫,能够适应8000倍的亮度变化……这些新技术不为闪电成像仪独属,多项可应用于我国高轨卫星载荷研制。

  闪电探测应用广泛、惠及多方

  太空中的闪电探测,尤其是静止轨道闪电探测,具有24小时不间断、覆盖范围大、实时性好等优点,是世界上有研制能力国家优先采用的闪电探测方式。

  据介绍,风云四号闪电成像仪成功在轨代表着我国闪电探测的新起点,它将闪电探测结果与云图叠加起来,可以实现对闪电灾害、强对流天气的短时、实时预警预报,降低雷电、强对流天气对我国航空、航天、航海、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信等方面的危害。尤其在航空航线、海洋航线等全程闪电与风暴的实时预报等方面,闪电成像仪能力突出。

  鲍书龙说,闪电成像仪探测的影像产品不仅可以服务于我国国民经济建设,还可以惠及它凝视范围内的其他邻国。