[科普中国]-静止气象卫星

如果把同步卫星发射到赤道平面内，而且卫星在轨道上转一圈的时间和地球自转的时间一样，这样卫星总是待在赤道上空的某处，从地面上看卫星在空中静止不动，这样的卫星称为地球静止卫星。当地球同步卫星的轨道倾角为0时，便成为地球静止卫星。

地球静止卫星的周期要非常精确，周期大了卫星要向西漂移，周期小了卫星将向东漂移。从静止卫星上能看到地球上40%的面积，这样在赤道上空有三颗互成120度角的静止卫星，合可以覆盖全球，通讯、广播常用这种卫星。

静止气象卫星在地球赤道上空约35800公里，与地球自转同步运行，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，可以对同一目标地区进行持续不断的气象观测。从外层空间对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星。它是卫星气象观测系统的空间部分。卫星携带有各种气象遥感仪器，能够接收和测量地球及其大气层的可见光、红外与微波辐射，并将它们转换成电信号传送到地面。地面台站将卫星送来的电信号复原绘制成各种云层、地表和洋面图片；再经进一步的处理和计算，即可得出各种气象资料。地球静止轨道气象卫星可以对地球近1/3的地区(约1亿平方千米)连续进行气象观测，一般每30分钟可获得一次观测资料，还可用更短的时间间隔(5～15分钟)取得较小范围的观测资料，资料可实时送回地面，这对于监视灾害天气特别有利。1

按照目前确定的我国地球静止气象卫星的发展计划，中国第一代地球静止气象卫星将分为三个批次：01批卫星包括两颗星FY-2A和FY-2B，属于试验型地球静止气象卫星；02批有三颗卫星FY-2C、FY-2D和FY-2E，为业务型地球静止气象卫星；03批预计有两颗星FY-2F和FY-2G，卫星性能将在02批卫星的基础上有适当改进。增加03批卫星计划的主要目的是确保在轨运行的第一代地球静止气象卫星向第二代静止气象卫星实现连续、稳定的过渡。整个第一代地球静止气象卫星在轨运行并提供应用服务的时间到2015年前后。

到2007年为止中国已成功发射四颗地球静止气象卫星，其中01批两颗卫星FY-2A和FY-2B已停止工作，脱离了地球同步轨道。目前在轨运行，并提供应用服务的是02批前两颗卫星FY-2C和FY-2D，分别于2004年10月19日和2006年12月8日发射成功。相对01批卫星，02批卫星技术性能有较大改进，主要包括星载扫描辐射计由01批的三通道增加到5通道，若干主要技术指标也有所提高；02批增加了星上蓄电池供电能力，以保证卫星在春、秋分前后进入地影期间对全星供电，星上仪器不关机。
　　随着FY-2D的发射，我国静止气象卫星系统首次形成了双星观测模式，汛期期间能够提供中国大陆区域15分钟间隔的云图动画，大大提高了气象卫星云图的时效。
　　风云二号06星（FY-2E）于2008年年底发射，用于替代已经超期服役的FY-2C。2

风云四号气象卫星是我国第二代静止气象卫星，主要发展目标是：卫星姿态稳定方式为三轴稳定，提高观测的时间分辨率和区域机动探测能力；提高扫描成像仪性能，以加强中小尺度天气系统的监测能力；发展大气垂直探测和微波探测，解决高轨三维遥感；发展极紫外和X射线太阳观测，加强空间天气监测预警。风云四号卫星计划发展光学和微波两种类型的卫星。

据悉，经过多次论证，多通道可见光红外扫描成像仪和红外高光谱探测仪（干涉式大气垂直探测仪）以及星地相关技术的科技攻关，已取得了较大进展。

我国幅员辽阔，国土东西跨度超过60度，随着我国资源和安全对信息区域扩大的需求，光学星按照东、西双星进行空间轨道布局（双星运行），西部星观测区域覆盖我国西部、印度洋、红海和中东地区并西接欧洲，东部星观测区域覆盖我国中东部、扩大到广大太平洋地区。微波探测卫星单星运行，定点在在能覆盖我国国土为主的最佳空间轨道位置。光学卫星将在“十一五”期间完成型号立项，并进入研制，在“十二五”发射试验卫星，完成对试验卫星的评估和明确业务卫星技术状态，“十三五”发射风云四号业务卫星并接替风云二号业务的任务。

“风云四号”是第二代静止气象卫星，由上海航天局的“风云二号”总设计师李卿领衔设计，充分考虑海洋、农业、林业、水利以及环境、空间科学等领域的需求，以实现综合利用。据透露，“风云四号”卫星主要探测仪器为10通道二维扫描成像仪、干涉型大气垂直探测器、闪电成像仪、CCD相机和地球辐射收支仪，地球圆盘图成像时间为15分钟。

我国一贯高度重视和支持气象卫星，目前已经制定了《“十一五”和2020年前我国气象卫星发展规划》。根据这个规划，目前，我国正在研制和发展下一代的静止气象卫星风云四号。风云四号静止气象卫星的研制，完全瞄准国际先进水平。预期在不远的将来，我国的气象卫星技术和水平将实现更大的突破和跨越。

美国第一颗业务静止气象卫星GOES-1于1975 年10 月发射，迄今已经历了三代。GOES-1 至GOES-3 为第一代，装载了可见光红外自旋扫描辐射器(VISS R)；GOES-4至GOES-7 为第二代，卫星姿态控制仍为自旋稳定，装载了VISSR 大气探测器(VAS)；GOES-8 以后为第三代(称GOES I ～ M)，卫星姿态控制改为三轴稳定，装载了成像仪和独立的大气垂直探测器。美国第三代静止气象卫星的第一颗(GOES-8)于1994 年4 月13 日发射，10 月投入业务运行，定位于75°W。新一代静止气象卫星观测能力有重大飞跃，其成像仪有5 个通道，垂直探测仪有19 个通道，成像与垂直探测相互独立且同时进行，其探测区域可在东西、南北两个方向灵活控制，观测频次大为增加。这些功能对改进中小尺度天气系统的监视是十分有意义的。GOES-9 于1995 年5月发射，起先作为业务卫星运行，定位于135°W，1998 年夏季发现动量轮润滑严重不足，可能即将失效，因此将它移到105°W 作为备份星。GOES-10 于1997 年4 月25 日发射，定位于135°W，与GOES-8 一起作为业务卫星，维持着双星运行的观测系统。3

2016年，美国国家航空航天局于当地时间11月19日在佛罗里达州卡纳拉尔角空军站将新一代静止气象卫星GOES-R发射升空。这颗新卫星由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）负责管理，主要用于天气观测与预报。新卫星装载有先进基准图像仪（ABI）、地球静止闪电测绘仪（GLM）、极紫外线X光辐射度传感器、空间环境现场监测器（SEISS）、磁强计、日光紫外线成像仪，可以进行风速、降水率、积雪、闪电等天气参数的高分辨率观测。GOER-S卫星将提供西半球的连续图像和大气测量、闪电数据和空间天气监测数据。据NOAA网站，卫星性能将有较大提高，谱信息的数量提高3倍，空间分辨率提高4倍，对高影响天气覆盖时间扫描速度提高5倍。GOER-S卫星能够以30秒的间隔连续拍照，远比现在的GOES拍照频率要高。据悉，在2018年，美国还将发射GOES-S气象卫星，能够提供更多西半球天气信息。4

日本自1977 年7 月发射GMS 卫星以来，总共发射5 颗卫星，GMS-5 于1995 年3月发射，定位于140°E，GMS 卫星20 多年来总共发射5 颗，相当稳定可靠，目前GMS-5卫星最大的问题是扫描镜马达润滑剂的堆积，日本正严密监视扫描镜的扭矩，并改变扫描范围以防止堆积加剧。GMS-5 卫星的主要有效载荷为：4 通道可见光和红外扫描辐射器(表2a)、数据收集平台(33 个国际通道和100 个国内通道)和搜索救援系统。

下一代日本静止气象卫星MTSAT 是气象和航空管制的多用途卫星，仍定位于140°E，寿命5 年(气象探测)至10 年(航空管制)。MTSAT-1 于1999 年11 月发射失败，替补的MTSAT-1R 将于2003 年发射；MTESAT-2 与MTSAT-1 几乎完全一样，计划于2004 年发射，2005 年春投入运行。与GMS 卫星比较，MTSAT 的姿态控制、扫描辐射器和数据传输将有重大变化。3

俄罗斯第一颗静止气象卫星于1994 年11 月发射成功，它是三轴姿态稳定的卫星，定位于76°E 。卫星发射后姿态控制出现故障，采用补救措施后大体能正常工作。遗憾的是扫描辐射器可见光通道因光学设计错误一直未能获得图像，水汽通道也在试验之中，因此，目前只能获得红外图像。3