微信换“头像”的背后，是科学家15年的努力

独钓江湖

        9月25日至9月28日期间，用户在微信启动时，可以欣赏到由我国新一代静止轨道气象卫星“风云四号”从太空拍摄的祖国全景。这也是6年来微信启动页面首次发生变化，启动页背景中的地球图片由非洲大陆上空视角，变化为我们的祖国上空。在这背后，是科研人员15年的坚持与付出。科学家说，这辈子能够啃下这块让美国、欧洲都知难而退的硬骨头，值了！

　　右侧为用“风云四号”所拍摄的照片制成的启动页

        太空中，刚从太阳的炙烤中钻入地影，去年年底发射上天的风云四号静止轨道气象卫星上，两台完成代际技术跨越的仪器——新一代扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪，经受住了太空中巨大温差变化的残酷考验，源源不断地下传遥感数据。

        地面上，他们的研制者——中国科学院上海技术物理研究所风四载荷团队的科学家们，长长松了口气。15年的坚持与付出，首席科学家华建文说，这辈子能够啃下这块让美国、欧洲都知难而退的硬骨头，值了！

        离地面3.6万公里的地球静止轨道上，这对崭新的“中华慧眼”正传回大量“中国数据”。其中部分数据是国际气象界迫切期望使用的，除了中国的风云四号气象卫星，目前没有任何一颗在轨卫星能够提供。

当别人放弃时，我们坚持

        “没有辐射计，就不是风四；没有探测仪，就不是中国的风四。”上海技物所副所长、探测仪主任设计师丁雷这句话所指的，是十几年前，中科院院士匡定波力排众议，支持研制干涉式大气垂直探测仪的魄力。

        1997年风云二号卫星刚上天，下一代风云卫星就已开始规划。匡定波提出，应该发展干涉式大气垂直探测仪。这种利用傅立叶变换原理的探测仪，可以为大气做“超级CT”——把大气从地面开始“切片”，将100公里大气切成上千层，测出每一层的温度、湿度等数值，为灾害性天气监视和大气化学成分探测服务。

        “比如青藏高原的冷空气下沉，并流向东部，抬升那里的热空气。这个变化过程原来主要是理论推测，没有实际观测到过。”丁雷说，而探测仪获得的数据可能让人类首次真切“看”到这个过程。

        这是遥感领域红外光谱技术的一场革命。早先，美国、欧洲都在朝这个方向努力，但到2006年，由于技术难度过大、所需经费太多，美国放弃了，欧洲也大幅调整了计划。

        中国要不要继续？

        2001年回国来到技物所的华建文，在2005年底已带领团队调出了红外干涉信号，原理样机初步成功。匡定波说：“尽管这块骨头很难啃，但只要把仪器送上天，就是迈出成功的第一步。”

        国际同行公认，探测仪“切片数”达到1000，是衡量探测质量的分水岭。“我们非但要做，而且把目标定在了1500层，这几乎是一个梦想数值。”丁雷说，既然要啃硬骨头，就挑最难的尝试。

        如今，当中国的探测仪开始提供全球独家的数据时，美国的研发队伍尚未重新聚集，欧洲的仪器还要等到2022年才能发射升空。

        “当别人放弃时，我们坚持；做成功了，就领先世界。”华建文说，过去中国向国外卫星要数据，现在是国际气象界迫切需要中国的卫星数据了。

为一颗星做一辈子，我愿意

        光谱通道从5个拓展到14个；可见光空间分辨率从1.25千米提高到500米；地球全圆盘成像时间从30分钟提高到15分钟，未来还可继续提高到5分钟以内……随风云四号上天的扫描辐射计，与风云二号上的仪器相比，实现了技术的代际跨越。

        成像辐射计的扫描机构瞄准拍摄点的精度有多高？主任设计师王淦泉说，相隔一个足球场的距离，在一边放上成排的1万枚针孔仅0.04平方毫米的细针，在另一边用扫描机构的镜子反射激光穿过小孔，可以准确穿过9997个。

        为了精确评价扫描镜的这个精度指标，王淦泉整整想了12年。无法检测校准，又怎知仪器是否达标？2014年的一天，他偶然看到资料，有一种设备可以达到在千分之一秒内测出0.1角秒的误差。可国内只有一两家单位可能具备这种技术，但精度能否满足扫描镜的测试需求，却是未知。

        他花了一年多时间，往返于北京、西安等地，不断与相关科研人员沟通，促成对设备的改进，终于做出了可以检测扫描镜动态精度检测的仪器。

        面对这么多从未挑战过的技术难关，漫长的研发周期考验着科研人员的定性。一般卫星的研发周期是4-6年，但具备高精度定量应用特征的气象卫星的研发周期却长达十几年。一代气象卫星往往要先后发射好几颗，从第一颗到最后一颗上天，又有好几年，再加上在轨运行的维护任务———这辈子真的就只够做这一批星了。

        项目推进困难重重，团队里的年轻人来了又走了，却仍有不少人一直坚持着。探测仪团队的“元老”之一王占虎动过离开的念头，甚至还去应聘新工作，可想到做梦都想调出的第一束红外干涉信号，最后一刻还是留了下来。“去年探测仪随风四升空，从此感觉天空中多了一个亲戚。”他说，“为一颗星做一辈子，我愿意。”

卫星载荷带民企一起“上天”

        航天器能做多好，取决于一个国家的工业基础。即使科学家能够设计出最新的载荷，如果关键器件没有厂家能够加工，仍旧是画饼。

        项目开始之初，研发团队就饱尝此中艰辛。根据设计要求，载荷中需要一些激光器、分光计，当时国内找不到这些器件，他们发出100多封邮件，全球寻找这些产品。可是，当外方了解到具体参数后，就回绝了技术合作的要求，或者以没有“销售许可证”为由，不愿卖产品。

        自己设计，自己研制，他们开始在国内寻找合作企业。有一种名叫铝基碳化硅的材料，跟铝一样轻，热胀冷缩形变又小，导热性能还特别好，但比铝硬3倍，非常适合做风云四号这种热环境复杂、轻量化程度要求高的卫星载荷的结构件。可由于加工困难，一直没用上。

        2009年，国内终于有企业能够加工这种材料。他们马上找到这家企业，和它一起改进技术，最终研制出了国内首套铝基碳化硅扫描机构框架，并成功应用在两台载荷中。现在，这个行业已面对国内广泛应用。

        感应同步器中的码盘是关键部件，扫描仪和探测仪能够实现高精度“指哪打哪”，它起着举足轻重的作用。达到航天要求的产品，国际上也只有一两家能做，一听说产品精度这么高，他们都一口回绝。

        最后，科研人员辗转在常熟找到了一家民营企业。这家厂的主人，退休前是昆明机械厂的总工程师，曾参与过国家组织的相关产品的研发。不过，这家民企研制航天高可靠产品的经验不足。研制人员几乎手把手帮着解决可靠性问题，最终研制出了满足航天要求的国内最高精度的感应同步器。

        碳纤维编织材料、特种检测设备、长寿命高性能润滑脂……15年，风四团队通过项目，带动了多家民营企业技术升级。“尽管民企没有航天产品的管理体系，质量跟踪非常累。”华建文说，“但看到自己的技术和业务引导，让这些行业得到改变，这种成就与满足感，不亚于卫星上天。”

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