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厉害了我的风云四号!有着“抓闪电”的“黑科技”

发布时间:2021-03-01 22:23 作者:凯旋门现金官网

  2月27日,风云四号卫星获取的全球首批静止轨道闪电探测影像发布。本次发布的闪电数据为2017年2月13日对澳大利亚西部Swan Valley地区一次强雷暴的全过程数据,该次探测完整再现了该地区强雷暴的产生-发展-结束全过程中的闪电发生情况,全过程持续约6小时。

  此批影像由我国去年12月发射的风云四号气象卫星闪电成像仪探测,此台闪电成像仪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。

  风云四号闪电成像仪是全球同步研制的三台地球静止轨道闪电成像仪之一,也是首台对外公布观测数据的探测仪。

  它是个“快刀手”,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最快的;它是遥感器中的“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;它是个“大广角”,一次可实时实现全中国和部分邻居的闪电探测与监测;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。

  早在2003年,508所闪电成像仪项目组成立。当时,我国关于闪电探测的研究处于空白。从太空中看到的闪电会是什么样子的?大家无人清楚。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都是研制团队搜集、学习、消化的对象。

  渐渐地,研制团队认识到在太空看闪电和在地面看闪电,差别可真是“天上地下”。人们在地面看到的闪电是连续的、非常高的线条状的,而在太空中探测的闪电是叠加在云层上的一个个随机的离散的点状目标。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,白天情况下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。

  经过十三年的探索攻关,508所闪电成像仪研制团队先后掌握了大口径超窄带滤光片、大视场小F数(F数1.0)双镜头组件视场拼接、高帧率大动态范围面阵焦平面组件、实时事件处理器、闪电场景实验室模拟等数十项新技术。正是这些首次应用于我国空间光学遥感载荷产品的“黑科技”,造就了风云四号卫星闪电探测仪的超能力。

  闪电成像仪采用超窄带滤光片,将能量强大的阳光背景挡在“门外”,只允许和闪电“身材”相当的光谱进入,这样就使得柔弱的闪电信号在阳光下“现了真身”;采用“冬暖夏凉”的主被动温控措施,保证“娇嫩”的超窄带滤光片每天在阳光直照时超过+90℃的火炉中、背阴时低于-90℃的冷库中都温暖如春;采用国内自主研制的高帧率大动态高灵敏度探测器,使得闪电成像仪具备超强视力,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;利用在轨高速实时事件处理器,在2毫秒时间内完成10.08G数据处理,实时完成阳光背景评估与去除,利用其火眼金睛将闪电信号探测出来,同时在2毫秒时间内完成所有结果的强弱排序,保留最强的120个闪电信号,编码“汇报”至地面。更值得欣喜的是,508所研制团队攻克的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。

  太空中的闪电探测,尤其是静止轨道闪电探测,具有24h不间断、覆盖范围大、无死角、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。

  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,我们能够实现我国雷电、强对流天气的实时监测。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、交通运输、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。(央视记者 李厦 杨艳)

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