捕风一号双星发射，利用导航信号监测台风

2019年6月5日，作为我国首次海上发射的主要“乘客”，捕风一号A、B卫星直奔天际，它们将通过一双“慧眼”，准确测量海面风场信息，从而实现预报台风。捕风一号A、B卫星的成功发射，将实现我国卫星导航信号探测海面风场零的突破，对我国台风预警、防灾减灾具有重要意义。捕风一号A、B卫星由航天东方红卫星有限公司（以下简称航天东方红）抓总研制。

“捕住风，捉住影”，实现精准预报

“风无形无影，捕风一号就是通过‘捉’海面上的导航反射信号（GNSS-R）这个‘影’来‘捕’海面风场这个‘风’，实现监测海面风场的目的。”捕风一号卫星总设计师白照广形象地介绍。

目前，通过卫星观测海面风场的方式主要有两种：一是通过卫星云图来测海风，但这种方式测的是云顶风，而对海面风场的测量存在一定误差；二是通过卫星载荷—如散射计主动向海面发射微波信号来测海面风场，但这种方式下卫星质量较大，且只能测50m/s以内的海风，若应用于准实时监测海面风场的星座建设，代价很大。

随着全球卫星导航系统的发展成熟，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经成为各国新的研究热点。英国、美国等发达国家都曾发射相关卫星，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。

“导航信号传递到海面后，会发生镜面反射。没有风时，反射信号较均匀；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，进而导致了GNSS-R时延多普勒功率图像（DDM）的剧烈变化。通过DDM第一等延迟环内平均功率大小与海面风速大体上的反比关系即可实现对海面风速的反演。”白照广介绍说，导航卫星L波段具有良好的大气穿透性，能够全天时“捕住风，捉住影”，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。

由于导航卫星的特性，捕风卫星监测到的风场点是离散的，因此其优势更主要体现在多星星座运行时同步获取风场数据的能力，而采用被动监测工作模式的捕风卫星具有低成本特性，更适合构建多星星座。

航天东方红积极应对挑战

“虽然是首次开展利用导航反射信号进行海风探测的研究，我们还是有基础的，不只是开展了原理可行性研究，还开展了试验验证。”据白照广介绍，几年前，中国空间技术研究院西安分院的专家们就着手开始GNSS-R相关载荷技术研发准备工作，并已经通过飞机校飞成功在海面上验证了载荷功能的有效性。

为了让捕风“慧眼”更快实现应用，捕风一号选择了海上发射。海上发射因其特殊性，使得卫星面临着许多新环境、新流程、新要求，需要设计针对性的新状态，安排新的测试与检验环节，对捕风一号的系统设计、测试、加注、运输及环境保障等提出了新挑战。此次，捕风经历了特殊的“旅程”，在与火箭对接之后用“躺倒”的方式进行运输，从北京一路“坐火车”抵达发射场，而卫星上船前的测试工作也进行了优化精减。

在捕风一号卫星上，航天东方红首创“交钥匙”模式，就是不仅研制发射卫星，还联合国内优势单位开展数据处理与标校工作。航天东方红联合西安分院建立了数控中心及测控与数据接收站，与用户运管、数据接收站及商业测控站协同完成测控、运管、数据接收等工作，从而为用户提供“打包式”服务。

白照广形象地比喻说，就好像是建房子，过去研制方只是建好毛坯房就交给用户，我们现在要把房子精装好以后，再交付给用户。“将来直接把数据初级产品传输到用户的系统里，用户就可以很方便‘看’海风了，简化了客户反演的工作量。”

“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，从而可以最大限度地避免台风带来的人员伤亡和财产损失。”白照广介绍。

后续，通过开展导航信号微波遥感技术的其他应用拓展，中国空间技术研究院将逐步建设捕风卫星星座，进一步提高海面风场测量的实时性，为我国气象领域、海洋和陆地遥感、大气探测和电离层监测作出贡献，并服务于“一带一路”沿线国家的气象保障和防灾减灾。