中国科学家推动空间探测载荷技术创新发展

2023.11.15 , 浏览次数: 933

北斗卫星为人们提供高精度定位导航的同时,也在为准确预报天气发挥着重要作用。

让这一跨界应用得以实现的,是中国科学院国家空间科学中心空间环境探测重点实验室主任、风云三号卫星副总设计师孙越强研究员。她长期从事北斗/全球导航卫星系统(英文简称GNSS)遥感及空间环境探测技术研究,承担了风云气象卫星、月球与深空探测、载人航天等重大航天任务。

为了解释导航卫星为何能应用于天气预报,孙越强画了一张图,中间是地球,一端是距离地面800公里的风云卫星,另一端是距离地面两万公里的北斗卫星。由于卫星中间有地球遮掩,科学家称其为掩星探测。

“导航卫星在做定位导航时,信号穿过地球的电离层、大气层会延迟、弯曲,产生误差。但如果我们知道北斗和风云卫星的准确位置,通过对信号误差值的反演推算,就可以反推出地球电离层和大气层的参数,就可应用于气象及空间天气监测预报。”孙越强说。

据介绍,在风云卫星上放置一台导航卫星信号接收机,其每天接收的信号相当于全球释放一千多个气象探空气球,观测数据可在三小时内就传输到数值天气预报中心。这一探测方法可为天气预报提供及时的数据支撑,有效提升预报的精确度,被认为是21世纪最重要的数值天气预报卫星探测手段之一。

上世纪90年代末,孙越强刚刚开始掩星探测研究时,一切都是从零开始,国内连相关资料都很难找到。

越是有挑战,越是激发了孙越强“啃硬骨头”的决心。在她坐了十多年冷板凳后,中国开始建设北斗卫星导航系统,而风云三号C星的研制与发射为孙越强的研究方向提供了实现理想的契机。

在多年的技术积累和算法研究基础上,她带领团队在极弱信号高精度相位测量、跟踪捕获、反演算法等方面取得了一系列技术突破,开辟了北斗高精度导航信号应用的创新发展快车道。

除了服务于中国数值天气预报,孙越强团队的探测数据还被纳入欧洲中期天气预报中心以及德国、加拿大、英国、日本、韩国等国际数值天气预报系统,表明在该领域中国自主创新的探测技术指标达到世界先进水平。

作为中国天基空间环境探测学科带头人,孙越强带领团队在空间粒子探测、短波光学、深空环境等关键技术上取得多项创新突破,有力地推进了天基空间环境探测跨越式发展。

如今,中国在轨运行的上百颗卫星上有孙越强团队研制的400多台套探测设备,在天问、嫦娥、空间站等一系列重大航天工程中发挥了重要作用。

近年来,她带领团队不断挑战北斗/GNSS遥感探测技术的新高度,利用北斗/GNSS反射信号探测海面风速,并在国际上首次实现数值天气预报业务化应用,还创新性地应用于海洋重力、土壤湿度、海冰等探测领域。

她说,北斗/GNSS导航遥感探测具有长期的稳定性和一致性,可为全球气候变化研究提供精确测量的基准数据。

目前,其团队与德国、奥地利的科研机构建立了掩星探测与大气气候应用国际联合实验室。

“认知世界、探索宇宙离不开空间环境探测,我喜欢做‘顶天立地’的事,希望让北斗卫星在遥感探测领域发挥更大的作用,希望中国在人类气候变化研究领域做出更大贡献。”孙越强说。

(来源:新华网)