中國科學家推動空間探測載荷技術創新發展

2023.11.15 , 瀏覽次數: 618

北斗衛星為人們提供高精度定位導航的同時,也在為準確預報天氣發揮著重要作用。

讓這一跨界應用得以實現的,是中國科學院國家空間科學中心空間環境探測重點實驗室主任、風云三號衛星副總設計師孫越強研究員。她長期從事北斗/全球導航衛星系統(英文簡稱GNSS)遙感及空間環境探測技術研究,承擔了風云氣象衛星、月球與深空探測、載人航天等重大航天任務。

為了解釋導航衛星為何能應用于天氣預報,孫越強畫了一張圖,中間是地球,一端是距離地面800公里的風云衛星,另一端是距離地面兩萬公里的北斗衛星。由于衛星中間有地球遮掩,科學家稱其為掩星探測。

“導航衛星在做定位導航時,信號穿過地球的電離層、大氣層會延遲、彎曲,產生誤差。但如果我們知道北斗和風云衛星的準確位置,通過對信號誤差值的反演推算,就可以反推出地球電離層和大氣層的參數,就可應用于氣象及空間天氣監測預報。”孫越強說。

據介紹,在風云衛星上放置一臺導航衛星信號接收機,其每天接收的信號相當于全球釋放一千多個氣象探空氣球,觀測數據可在三小時內就傳輸到數值天氣預報中心。這一探測方法可為天氣預報提供及時的數據支撐,有效提升預報的精確度,被認為是21世紀最重要的數值天氣預報衛星探測手段之一。

上世紀90年代末,孫越強剛剛開始掩星探測研究時,一切都是從零開始,國內連相關資料都很難找到。

越是有挑戰,越是激發了孫越強“啃硬骨頭”的決心。在她坐了十多年冷板凳后,中國開始建設北斗衛星導航系統,而風云三號C星的研制與發射為孫越強的研究方向提供了實現理想的契機。

在多年的技術積累和算法研究基礎上,她帶領團隊在極弱信號高精度相位測量、跟蹤捕獲、反演算法等方面取得了一系列技術突破,開辟了北斗高精度導航信號應用的創新發展快車道。

除了服務于中國數值天氣預報,孫越強團隊的探測數據還被納入歐洲中期天氣預報中心以及德國、加拿大、英國、日本、韓國等國際數值天氣預報系統,表明在該領域中國自主創新的探測技術指標達到世界先進水平。

作為中國天基空間環境探測學科帶頭人,孫越強帶領團隊在空間粒子探測、短波光學、深空環境等關鍵技術上取得多項創新突破,有力地推進了天基空間環境探測跨越式發展。

如今,中國在軌運行的上百顆衛星上有孫越強團隊研制的400多臺套探測設備,在天問、嫦娥、空間站等一系列重大航天工程中發揮了重要作用。

近年來,她帶領團隊不斷挑戰北斗/GNSS遙感探測技術的新高度,利用北斗/GNSS反射信號探測海面風速,并在國際上首次實現數值天氣預報業務化應用,還創新性地應用于海洋重力、土壤濕度、海冰等探測領域。

她說,北斗/GNSS導航遙感探測具有長期的穩定性和一致性,可為全球氣候變化研究提供精確測量的基準數據。

目前,其團隊與德國、奧地利的科研機構建立了掩星探測與大氣氣候應用國際聯合實驗室。

“認知世界、探索宇宙離不開空間環境探測,我喜歡做‘頂天立地’的事,希望讓北斗衛星在遙感探測領域發揮更大的作用,希望中國在人類氣候變化研究領域做出更大貢獻。”孫越強說。

(來源:新華網)

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