海上升“捕风”——揭秘捕风一号A、B卫星

近日，随长征十一号海射运载火箭“一箭七星”成功发射入轨的捕风一号A、B星，是此次发射的主要“乘客”。它们的成功入轨，将提升我国对海面风场的探测能力，令台风预报监测别具“慧眼”。记者走进它们的研制大本营——中国航天科技集团五院，采访研制团队，揭秘捕风一号的多项技能。

海面测风有难题

捕风一号A、B星由中国航天科技集团五院航天东方红卫星有限公司抓总研制，它们是中国航天科技集团五院研制发射的第270颗、第271颗航天器。

“它们能通过一双‘慧眼’，在500余公里的高空，准确测量海面风场信息，从而实现对台风的预报。”捕风一号卫星总设计师白照广告诉记者，通过此次发射，我国实现了利用卫星导航信号进行海面风场探测零的突破，对今后台风预警、防灾减灾具有重要意义。

对海面风场的监测，以往虽有相关技术手段，但都存在一定的不便。比如气象预报经常使用卫星云图来测量海风，但这种方式测出的是位于云层顶端的风，与云层之下、海水之上的风存在一定误差。

再如，通过卫星载荷——像散射计等，主动向海面发射微波信号来测量海面风场。但这样一来，卫星不仅重量偏大，要形成实时监测海面风场的星座群更是代价高昂，况且还对监测每秒50米以上的海风无能为力。

捕风一号怀绝技

什么样的技术，能够令千里之外的卫星化身捕风“千里眼”？白照广表示，在人们眼中，风固然无形无影。但在卫星眼中，海面风场可以通过导航反射信号来“显形”，这就是捕风一号A、B星的绝技。

近年来，随着全球卫星导航系统的拓展与成熟，为海面风场探测提供了新的技术可能。利用导航反射信号对反射面的物理特性和参数进行反演已成为各国新的研究热点。白照广表示，部分欧美发达国家已发射过相关卫星，利用导航信号实现对海面高度、海浪、海风、海冰、移动目标等的探测。

为什么导航信号能“不务正业”，成为海面风场探测的好帮手？专家解释，导航信号传递到海面后，会发生镜面反射。风平浪静与风急浪高所形成的反射信号具有明显差别。

“有风时，反射信号会随着海浪出现一段一段的变化。风越大，信号变化越剧烈。通过分析时延多普勒功率图像，利用不同参数间的比例关系，可以反演出海面风速数据。”白照广说，导航卫星的L波段，具有良好的大气穿透性，可全天实现对海面风场的信息探测，并可通过多星组网监测实现对极端台风天气的“精准”预报。

技术进步亦可期

捕风一号A、B星背后，有着卫星研制方多年来的技术攻关。中国航天科技集团五院透露，两颗卫星虽是首次开展利用导航反射信号进行海风探测的研究，但此前已进行了相关原理可行性研究与试验验证。

“多年前，我们中国航天科技集团五院西安分院的专家，就启动了导航反射信号技术载荷的攻关。”白照广表示，相关载荷曾搭载在飞机上，进行海上探测实验验证了有效性。

在卫星用户服务上，制造商航天东方红卫星有限公司首创“交钥匙”模式，即不仅研制发射卫星，还联合国内优势单位开展数据处理与标校工作，为终端用户提供“打包式”服务。获得数据初级产品的用户，不必自行进行原始数据的大量推演，就能较为方便地“查看”海风。

捕风一号的升空，并不是终点。由于导航卫星的特性，捕风卫星监测到的风场点是离散的，因此需要继续构建多星星座。而采用被动监测工作模式的捕风卫星具有低成本特性，重量也较轻，适合构建多星星座。

“我们将逐步构建捕风卫星星座，多颗卫星协同观测，实现更大范围、更高精度甚至准实时监测全球范围内的海面风场，更加精准地预警台风。”白照广介绍，五院还将继续发掘导航信号微波遥感技术的应用潜力，不断增强中国卫星的技术实力。