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微信启动“国产”画面的背地 是迷信家15年的保持利来国际

发布时间:2018-01-10
微信启动“国产”画面的背地 是科学家15年的保持

原题目:微信画面换新 研制15年的“风云四号”当面有何以事?

今晚请注意微信开屏画面,地球“回身”啦!这是6年来微信启动页面初次产生变化,从非洲大陆上空视角改变为我们故国上空视角,翻开微信屏幕就可以看到我们的祖国。这张照片是谁拍的?怎样拍出来的呢?微信大众号“SELF格致论道论坛”9月25日新闻,“风云四号”气象卫星扫描成像辐射计副主任设计师沈霞为我们讲述这张照片背后鲜为人知的故事。

以下是沈霞在SELF讲坛上的报告实录(SELF格致讲道讲坛由中科院盘算机收集信息核心和中科院科学局结合主办):

大家好我是沈霞,来自中科院上海技术物理研究所,明天我顺便穿了一身裙子,是想要刷新一下大家对科研女性的印象。

沈霞,风云四号气象卫星扫描成像辐射计副主任设计师,中科院上海技术物理研究所副研究员

看到风云两个字,我想问一下在座的列位,大家会想到什么?我问过很多人这个成绩,有人告知我如火如荼,也有人跟我说风云人物,当然也有人答复的是《风云雄霸全国》。

当初我给大家展示的这个就是真正的地球风云,这是去年12月11日(发射的)风云四号气候卫星下面扫描成像辐射计拍摄的地球24小时的云图,在赤道邻近大家有没有留神到有一块亮斑在挪动,是什么?那是太阳在大陆下面的倒影,是不是看起来很神奇。

在我们眼里看来只是普通的一张图,但是在科学家眼里它实践上是一组宏大的数据,要想看懂那张图,我们就要先从这些光说起。

年夜天然实在对我们人类并不特殊的优待,咱们人眼能看到的可见光只是此中的一小局部,还有良多的光是我们看不见的。那些我们看不见的光,是可以用仪器把它拍出来的。

大家比较懂得的比方X光,都去病院体检过吧,拍过胸片对错误,我们来看看X光还无能嘛呢?英国的一个艺术家用它来拍了一个艺术作品。

当然还有一种光大家可能据说得比拟多,但是接触得未几,那就是红外线。对于红外线我给大家展示一个小试验,有一次我去我共事的办公室,她正在摆弄一个红外热像仪。这个是她放在办公室的一个文件袋,我的同事把她的手在这个文件袋上,按了一小会儿而后把手拿走,她用她的手机和红外热像仪分辨拍了两张照片。

现在我想问一下大家,有人能看见她的手印按在哪里了吗?没有。我们看这张照片,红外热像仪的这张图片上很清楚地拍出了她按了手印的位置,这是为什么呢?

因为红外线是对温度敏感的波段,她的手按在下面的时分,就对这个文件袋的部分停止了加热,让她手印的这个地方温度比四周高,所以热象仪就把它拍出来了。

既然红外线对温度敏感,那我们能不克不及用热像仪、红外线的这个道理对物体的温度停止丈量呢?谜底是肯定的。

我们看这15张图,从第2张开始就是我们风云四号辐射计拍摄的一些分歧波段的图,大家可以这么来懂得:每一张图就代表了一种单色光,但实践上其中的可见光只要后面的两张,前面就是近红外还有红外的图片,每一张图片下面的一个像素点都可以推导出一个详细的温度值。

我们可以想象一下拿着一个超等的温度计,在间隔地球36000公里那么高的处所,对空中的水汽、树、植被还有地表停止温度测量,测量的精度能到几多呢?能准确到一度哦,是不是很凶猛。

那么这些单色图我们(用)来干什么呢,可以用来做分解,好比说刚才一开始给大家展示的那个异常炫的地球动图就是由后面三个波段的图片分解的。我们如果拿第一张第二张和第四张分解会看到什么呢?

看,这是一张冰云图,大家有没有注意到蓝色的部门就是冰云,它的温度是低于零度的,而白色的就是我们一般的常温云。可以把冰云和常温云区离开来对气象预告是有很大的感化的。

我们再来看一下对孟加拉湾北部的一个雾霾监测图,在这张图中灰色的就是雾霾,白色的就是云还有雪。

我们说了这么多,那么我们风云四号景象卫星在国际上究竟处在一个什么样的水平呢?我给大家先容一上风四跟它的国际上的小搭档们。

起首要说一说的就是美国的GOES-16,它下面装载的仪器叫ABI,就相称于我们风云四号下面的辐射计。这里再给大家讲一下辐射计是什么,很多人确定不明确这么一个很专业的词,你可以把它设想成拍地球的照相机,它和卫星的关联是什么呢,我们这个照相机就是装在卫星平台上的。

但是终极我们要评估风云四号它的水平究竟怎样样呢?重要仍是要看我们卫星上装载的这些仪器的性能,我们刚才说了美国的GOES-16下面装载的是ABI,欧洲的MTG下面装载的是FCI,还有我们中国风四下面装载了辐射计。

这三个系列美欧中可以说是鼎足之势,我们如果单单从辐射计的角度来看,它的性能目标比美国的ABI和欧洲的FCI要略差了那么一点,但是我们风四下面还装载了另外一台分量级的仪器,就是大气垂直探测仪。

今朝大气垂直探测仪是世界上(在地球运动轨道)第一个首发的(大气垂直探测)仪器,也就是说美国人的下面没有,欧洲人怎样办呢,欧洲人比较奢靡,他们认为辐射计和探测仪这两大载荷装在同一个卫星上会彼此烦扰,于是分了两个卫星装,一个卫星发辐射计另外一个卫星再发探测仪,但是我们风四下面同古装载了这两台。

我们再来看看发射时间吧,在客岁的11月19日美国人的GOES-16首发,而在去年的12月11日我国的风波四号首发,为了遇上这个时间节点我们研制项目组是花了许多心理的。

说到这里还要再弥补一个,就是欧洲人的MTG他们打算要到2019年能力发上去,说到这里有人要问了,你怎样不提提日本呢,日本有一个葵花9它的性能也不差呀?我为什么不提它,是因为它下面的核心仪器是美国人卖给它们的。

讲了这么多风云卫星,大家对我国的风云卫星有了解的吗?看来大家都不怎样了解,风云卫星是气象卫星,气象卫星对防灾减灾有无比主要的作用,它的投入产出比在国际上公认的是1:40,所以我国在1977年就开始开展我国的风云卫星。

上面先看一下这个轨道,不做地理学的人可能不是很理解,第一个我们看一看小圈外面这个轨道叫太阳同步轨道,这个轨道的高度在500到1000公里摆布。它的特点是什么呢?它能够看南极和北极看得比较明白;它毛病是什么呢?就是它对统一个地址的不雅测一天最多只能看两次。

另外一个轨道就是地球运动轨道,它的轨道高度有36000公里那么远。它的特点是什么呢?如果在这个轨道上的卫星足够大,大到我们在空中上能够看到它,就像一颗星星一样。

那么你不必去拿星图表终日在找这个星星在哪里,它会永远定在谁人地位,盯着你看它在天上是不变的。那么就应用它的这个特色在这个轨道下面安排卫星,它能够对地球停止24小时的持续成像,这也是为什么我能给大师展现方才那张地球图,就是由于它是在地球运动轨道拍摄的。

作为一个气象运用,国家是要在这两个轨道同时布置卫星的,它们是互相互补的,所以我国就在太阳同步轨道布置了风云一号,它的第二代产品是风云三号;

我们在地球运动轨道布置了风云二号,它的下一代产品就是我们目前刚刚首发的风云四号,我们风云四号的研制花了15年的时间,为什么要花这么长的时间呢?我现在就给大家分享一上风四辐射计研究的小故事。

2001年的时分我们所里的王淦泉教师带着一个光学、一个机械设计师开端预研,事先瞄准的目标是什么呢,是美国GOES-8在1994年发射的卫星,GOES-8事先做五个通道,也就是说它一次能拍五张图,而我们王教师对准的这个目的是要做十个通道一次拍十张图,在事先看来是蛮进步的。

2004年末的时分,他独一的机械设计师跳槽了,这个时分我就有幸的参加了这个团队。2007年的时分,我们的原理样机研制成功了,大家都很愉快,感到再过个一两年我们这个十通道的产品就可以发上天了,并且在事先的国际上还是能占到一个领先的水平的。

但是这个时分美国人推出了一个对我们来说爆炸性的消息,也就是说他们开始打造他们的GOES-R系列。

GOES-R是什么,就是刚提到GOES-16,美国人把他们没有发射的卫星叫做R系列,就是有效字母ABCD来表示,发射完之后他们就用1234来表现,他们筹备在GOES-R下面装载的最新的仪器叫ABI,ABI跟本来的GOES-8(比)行进了不是一点点,它要拍16个通道的图。

这个时分我们就面对取舍了,假如我们把曾经研制胜利的十通道的产品发射上去,我们会在GOES-R上天之前的这一小段时光外面坚持当先,然而等GOES-R一旦上天当前,我们就又会落伍他们一大截,别的一个抉择就是曾经研制的这台产物我们颠覆重来,我们去研制跟GOES-R异样技巧程度的产品,经由长久的迟疑之后名目组决议推翻重来,所以到2017年的明天我们才干看到刚才那个14个通道的漂亮的图像。

说了这么多大家还是要问,做一台载荷罢了,一台拍地球的照相机而已,为什么要做这么长的时间,它有那么难吗,我们手机的更新换代那么快对不对,我上面就举两个例子来跟大家讲一讲这个技术难在哪里。

我们先看看风云二号的卫星,它采取了自旋稳定式,刚刚我们说了地球运动轨道它有一个特点,就是跟我们地球是同步的,在这个轨道上我们对温度的感到就跟人类对温度的感觉是一样的。

它有一年四时,而且它也有迟早的温差变更,得到了大气层的维护这个温度变化会更为剧烈。激烈到什么程度呢,我们产品下面的一个测温点显示它最高温在-130度,最低温的时分150度,这么一个温度稳定是在一天内瓜代实现的,也就是说它天天要轮回一个往返。

风云二号的自旋稳定方法,因为它是扭转着看地球的,它(温度)本人就稳固失落了,这就是我们要处理的第一个成绩,热的成绩。美国人他们怎样处理这个成绩呢,他们为仪器打造了一个空调房,利用他们高明的温控技术把这个仪器把持在近乎恒温的一个温度状态。

大家都知道照相机是很柔嫩的,焦距略微没有调准一点那么就离焦了,拍出来照片就含混了。而我们的物体我们的各种材料都是有热胀冷缩的,在这么大的一个温度规模之内热胀冷缩之后早就离焦,不晓得离到哪里去了。

但是我们国度事先的温控技术还做不到这一点,因为我国的基本迷信、基础技术还有基础产业,有些硬件出产不出来,这个时分我们只能另辟门路了,想什么措施呢,就是让我们的拍照性能够顺应更大范畴的温差,我们把我们的光学体系做到可能顺应30度的温差,如许子我们就下降了对温控技术的请求。

要处理这个成绩我们缺乏了一种材料。有一次在一次学术讲演会中,我们有意入耳到有一个大学的教师,他们研制出一种新型的材料,这种新型材料的各种特征正好是我要建这个能够顺应大温差的光学系统需要的,所以我们就去找他了,盼望能把这种材料给我们用上。

但是第一次会晤之后我们就很扫兴,为什么呢?这个资料的机能固然好,但是它的加工工艺还逗留在加工圆盘圆筒这么一个简略的货色下面,而我们要制作的是什么呢?是构造十分庞杂,精度达到0.01毫米的一个产品。

还好我们单方都没有废弃,我们辅助他们改良了各类工艺,第一个产品我们用粘接的方式,经过了七八年时间的尽力,最后我们出来的产品曾经是一体化成型了。

我们做技术就似乎搭积木一样,这些积木就是国家基础,有些积木我们可以直接拿来用,有些积木没有我们怎样办呢?我们就发明出这个积木,这个就是我们在这个行业外面往前推动了一步的积木,那么前面的人如果想要设计的时分,利用这种材料的话,他们就不需要再探索了,完整可以直接利用我们的加工工艺。

摄影片另外一个要害的就是要稳。我们在36000公里这么远的地方拍照片,稳定是第一位的,真正的差之毫厘谬以千里。这个稳定度到了什么水平呢,举个例子如果我相机偏了一个角分的话,地球上就偏了十公里。我们这个时分就需要针对这个我们须要(翻新)一套精密的扫描掌握技术(方案),这套扫描节制计划出来之后,需要一个叫高精度角度传感器(的产品)。

这么一个(到达设计要求)精细产品也是海内没有的,我们就辗转调研到常州有位老师长教师,他有可能控制这种技术。

这位老先生比较传奇,他已经是一家大型的机床生产厂家的一个研发职员,事先他请求国家课题做了这方面的研讨,研制出了世界上一流水平的角度传感器,但是惋惜的是有一天他发明他研制的传感器被厂外面误当成成品给卖出去了,小孩子们拿着这个东西在地上滚着玩,他就很悲伤了,退休以后他就带着自己的侄后代婿,一个小型的家族企业持续他的研究。

但是大家也知道对一个小企业来说,想要做科研无疑是天方夜谭,资金从哪里来?装备从哪里来?

正好我们在这个时分找到了他,事先陈先生曾经年近70岁了,我们跟他们谈配合他怅然许可。

我们给他们供给实验设备,他就帮我们来研制这个高精度的传感器,这个进程中我们一同处理了传感器的真空顺应性成绩,还处理了其余的一系列成绩,那么到明天他研制的这个角度传感器我曾经在四台载荷下面同时上天利用了。

说到这里我想说的是什么大家应当是清楚了,我们的风四辐射计真正的中心技术都是把握在我们自己手里,我们的风云四号打的是纯粹的中国牌,感谢大家。