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风云二号卫星组网观测业务布局方案

风云卫星 太空“接力”
  中国气象报记者 张静 实习记者 牛彦元
  “接力”是体育比赛中的重头项目,需要参与队员合作完成。如今,“风云二号”静止气象卫星家族正在进行太空“接力”。
  目前在轨业务运行的“风云二号”静止气象卫星有D星、E星、F星和G星。其中,G星于2014年12月31日发射,目前,状态良好,已具备完成业务的条件。D星于2006年发射,在轨工作8年多,远远超出了3年设计寿命,轨道倾角超出正常业务要求,由于在轨时间长,已不具备轨道倾角调整能力。E星于2008年发射,在轨时间也远超设计寿命。因此,我国亟须对“风云二号”家族成员进行有效调整。
  在中国气象局的精心安排和综合观测司等职能司的支持下,5月23日至7月1日,国家卫星气象中心(以下简称卫星中心)组织了“风云二号”D星、E星、F星和G星的太空“接力”,顺利完成了G星接替E星观测业务、E星接替D星观测业务的轨道漂移和地面业务系统切换工作。
G星无缝“接棒”E星
  静止卫星轨道漂移与定点工作的涉及面广、操作复杂,包含卫星安全、卫星控制以及在漂移过程中与其他卫星管理部门的协调等多方面内容。如何在确保卫星安全的前提下,完成卫星更替时业务的平稳“接棒”至关重要。
  “早在今年初,‘风云二号’G星还在进行在轨测试时,卫星中心就开始与西安卫星测控中心、卫星总体以及各相关部门,就‘风云二号’业务布局以及卫星漂移方案进行了充分讨论。”卫星中心运行控制室主任冯小虎说。
  经过周密安排,在西安卫星测控中心的统筹调度下,5月23日8时,G星开始了为期7天的太空“长跑”,由东经99.5°漂移至东经105°。
  “要保证‘风云二号’卫星在汛期内的加密观测气象服务不受影响,G星接替E星需要实现卫星观测业务的无缝隙衔接。”冯小虎说,“这对我国‘风云’系列卫星来说是一次前所未有的挑战,需要相关业务单位的密切配合。”
  “通过缜密的技术分析,只要G星和E星经度间隔大于0.7°,北京气象卫星地面站的天线就可以识别它们的信号。技术人员可以合理安排时间,让双星共轨工作,实现切换时业务无缝隙衔接。”冯小虎表示。
  负责卫星控制以及接收云图时间表编排工作的陈秀娟说:“在确保卫星业务不受影响的前提下,我们对E星和G星的接收云图时间表进行了合理安排。”
  在所有准备工作充分进行的情况下,6月1日8时,卫星控制权由西安测控中心移交卫星中心,G、E双星进行共轨工作,一场星地协同配合作战的大幕就此开启。“卫星观域是否调整到位?”“云图接收是否正常?”“云图误码率多少?”“定位精度如何?”“双星动画是否调整到位?”在经过48小时的努力后,6月3日8时,G星和E星顺利完成了业务无缝交接,G星正式投入业务运行,并在今年的气象服务中发挥了重要作用。
D星惊险“交棒”E星
  “D星与E星的交接,堪称完美。”冯小虎回忆起7月1日两颗卫星交接时的情景,仍抑制不住内心的兴奋。
  6月3日9时,在G星正式投入业务运行仅一个小时后,E星开始了漂移,要代替已经超期服役多年的D星。在经历了27天的“长跑”后,6月29日E星成功定点在东经86.5°位置附近。
  “就在接手E星控制权,准备对E星进行业务设置时,我们接到了西安测控中心的消息:E星转速超差,超过正常值的1%,可能会对业务产生影响。”卫星中心运行控制室静止气象卫星科科长韩琦说。
  6月29日凌晨,西安卫星测控中心完成E星刹车定点控制后连夜开会,工作人员讨论卫星出现转速偏差的原因及其影响。E星超寿命运行、器件老化、控制精度下降,这些导致卫星转速超差。“卫星总体的技术专家分析认为转速超差不会对卫星安全产生影响,但对业务的影响还需我们进一步的确定。”冯小虎说。
  地面设备能否适应现有的卫星转速?原始云图能否正常被接收?定位和定量产品的精度如何?按照预定计划7月1日8时E星将接替D星运行,在剩下不到48小时的时间里,卫星中心必须解决这一系列问题。
  29日9时,E星开始获取新定点位置后的第一张云图,北京地面站的工作人员景林与黄伟紧盯着设备以获取图像。“DPL锁定正常”“DPS工作正常”“误码率为零”“卫星回扫DPL锁定正常”……E星云图获取业务正常。“卫星可以正常工作。因卫星转速超差带来的阴霾一扫而光,大家都稍稍松了口气。”韩琦说,“接下来就是对其云图定位精度的调试了。”
  6月30日15时,按照预定的进度,此时E星的云图定位精度应该满足业务要求,但实际上,它还存在着较大的偏差。如果定位精度不调整,E星就不能按期接替D星投入业务运行。
  关键时刻,卫星中心副主任张鹏与大家共同讨论分析,并对各个业务环节再次确认。该中心系统发展室静止气象卫星科科长张晓虎多次对程序和参数进行修改和调整。当日20时,E星定位终于满足业务要求。
      7月1日8时15分,E星接替D星业务运行,卫星业务“交接”收官。

继续奔跑的双星
  在E星与D星成功交接后,D星于7月1日21时开始为期1个半月的“长跑”,预计于8月10日到达定点位置东经123.5°。“至此,D星将作为‘风云二号’家族中的在轨备份星,交由广州卫星地面站进行在轨管理,并随时待命。”冯小虎说。
  为了配合西安卫星测控中心的漂移工作,在D星漂移前、漂移过程中及刹车定点前,卫星中心每周二还需进行24小时的连续测距,便于卫星轨道的确定和评估。
  在正常情况下,卫星的轨道倾角在正负2.5°左右,而E星(超期服役)目前的轨道倾角已达2.6°,已超出业务要求的范围。“经过技术上的持续改进,地面应用系统对卫星的轨道倾角已经由最初的正负1°逐渐放宽到正负2.5°,极大地延长了卫星在轨的工作时间,但倾角过大,超出业务要求的上限,仍然会对业务产生一定影响。在汛期之后,我们计划对E星进行为期两到三天的轨道倾角调整,同时调整卫星在漂移期间造成的自旋速度超差的问题。”冯小虎说。
  卫星中心主任杨军表示:“‘风云二号’卫星三星在轨漂移更替工作,达到了预期的卫星业务运行工作无缝隙衔接目标,为保障汛期气象服务有序开展奠定了基础,实现了我国卫星气象事业发展进程中的又一次突破,对于保障我国静止轨道气象卫星观测业务的连续稳定、确保‘多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密’的业务格局具有重要意义。”


关于风云二号E星接替D星运行的业务公告

来源:国家卫星气象中心     发布时间: 2015年06月29日

   根据《风云二号卫星组网观测业务布局方案》,经中国气象局批准,我中心定于2015年7月1日08:00(北京时,下同),在东经86.5度位置上,由风云二号E星正式接替D星业务运行。具体业务形式为:非汛期(9月1日—次年5月31日)每天获取28张云图,半点为全圆盘观测,4个整点时次(05:00、11:00、17:00、23:00)为全圆盘测风云图;汛期(6月1日—8月31日)每天获取48张云图,每小时15分进行24张全圆盘观测,4个时次(04:45、10:45、16:45、22:45)为全圆盘测风云图,每小时45分增加20张北半球观测。


关于风云二号G星接替E星运行的业务公告

来源:国家卫星气象中心发布日期:2015-05-29

根据《风云二号卫星组网观测业务布局方案》,经中国气象局批准,我中心定于2015年6月3日08:00(北京时,下同),在东经105度位置上,由风云二号G星正式接替E星业务运行。具体业务形式为:非汛期每天获取28张云图,整点为全圆盘观测,四个半点时次(01:30、07:30、13:30、19:30)为全圆盘测风云图;汛期每天获取48张云图,在进行28张全圆盘观测基础上,增加20张半点北半球观测。


关于启动风云二号双星汛期加密观测业务模式的业务公告

根据汛期气象服务需求,经中国气象局综合观测司批准,我中心定于2015年5月29日08:00(北京时)正式启动风云二号双星汛期加密观测模式,具体业务形式为:每颗星在进行28张全圆盘观测基础上增加20张北半球观测,FY-2E卫星(6月3日后为FY-2G卫星)整点为全圆盘观测,半点为北半球观测(除4个测风观测之外);FY-2D卫星(7月1日后为FY-2E卫星)整点过15分钟为全圆盘观测,半点过15分钟为北半球观测(除4个测风观测之外)。


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风云二号卫星将上演“乾坤大挪移”

中国气象报记者 张静

  还记得武侠小说里“乾坤大挪移”这一盖世神功吗?金庸先生的小说《倚天屠龙记》让武侠迷们痴迷不已。

  如今,我国“风云二号”气象卫星根据业务布局调整和卫星技术状态,将在主汛期前上演太空版“乾坤大挪移”。

  大戏看太空 卫星是主角

  “风云二号”气象卫星是我国第一代静止气象卫星,共分为三个批次:01批包括A、B两颗试验卫星;02批包括C、D、E三颗业务卫星;03批包括F、G、H三颗业务卫星。

  4月29日,随着G星的正式在轨交付使用,“风云二号”气象卫星在轨运行的共有D、E、F、G四颗。

  D星自2006年12月8日成功发射以来,已在轨连续运行8年多,E星也有6年多,两者均超出了设计使用寿命。“虽然D星具备单星观测能力,但由于轨道倾角的变化等问题,已心有余而力不足,逐步失去进行双星观测形成动画云图的技术条件。”“风云二号”和“风云四号”气象卫星地面应用系统总设计师张志清说。

  目前,E星虽然超出使用寿命,但仍然是世界公认的静止气象卫星观测网的主要卫星之一。

  F星的成功发射使得我国静止气象卫星具有了灵活的区域观测功能,并可以根据需要承担区域加密观测任务。“由于它仍然存在数据传输中断的问题,没有被安排为主业务星。”张志清说。

  G星自2014年12月31日成功发射以来,在轨测试表明,其完全达到了用户的要求,是目前“风云二号”在轨气象卫星中性能最好的卫星,已具备投入业务使用的能力。

  如此看来,D星已不具备双星观测的能力;F星承担机动区域加密观测任务是发挥其效益的最佳选择;G星性能最好,是作为主业务星的首选。那么,谁去接替D星呢?这个任务就落在E星身上。

  这四颗在轨运行的卫星将重新布局,G星漂移至东经105度接替E星业务运行,E星漂移至东经86.5度接替D星业务运行,D星漂移至东经123.5度;F星继续在东经112度位置。张志清介绍说:“要实现这样的布局,就要调度在太空中运行的卫星让出其目前所在的位置,还要从目前的位置转移到指定的位置,这场‘乾坤大挪移’大戏即将上演。”

  在这个布局实现后,“风云二号”气象卫星将形成主汛期G+E双星加密观测运行,F星继续发挥机动区域加密观测的优势,D星就将退居二线了。

  事实上,我国自1988年发射第一颗静止气象卫星以来,已经多次调整过气象卫星的布局,这是根据业务需求和卫星技术状态来决定的。国际上静止轨道气象卫星的布局调整也是常态化的。

  出彩在布局 技术是关键

  那么,这场太空大戏“乾坤大挪移”如何才能演得精彩?

  在这里,不得不提到一个名词——“漂移”。与汽车运动追求速度与激情不同的是,卫星“漂移”是对静止卫星轨道控制的过程,是地球对太空飞行器的远程操控。通过地面发射遥控指令,卫星在接受命令后,从一个轨道位置运行到另一个轨道位置,通常是通过抬高或降低轨道高度,使卫星运行轨道周期与地球自转周期不同步,近似“漂移”。

  在卫星“漂移”之前,地面操控人员需要把卫星经过的路途中所涉及到的卫星运行轨道和工作频率弄清楚,进行防止碰撞安全分析和干扰分析,制定安全的轨道漂移策略。目前,静止轨道上就有400多颗卫星,空间碎片更是不计其数。“因此,要结合轨道控制的时间要求制定实施方案和相关预案,并提前通知所要经过的卫星操作者,避免‘半路杀出个程咬金’。”张志清说。

  众所周知,每一颗气象卫星在轨运行的燃料都是有限的,操控人员每一次都要对燃料的使用情况进行预估,以确保卫星“漂移”不影响其使用寿命。

  一般来说,卫星“漂移”主要包括启动、漂移和定点三个过程。具体而言,在精确轨道和姿态测量的基础上确定控制参数,发送遥控指令,控制卫星携带的发动机点火,抬高或降低轨道高度,即启动离开当前轨道位置,以一定的移动速度进入漂移状态,在快到达定点位置时,进行“刹车”控制,使其进入同步轨道位置,即再定点。

  “静止气象卫星是在定点的状态下进行观测的。一旦卫星离开原来轨道位置,‘漂移’过程是不进行观测作业的。这意味着卫星将中断数据服务。”张志清介绍说,一般需要两天左右的时间进行定位,以提供满足考核指标的业务服务。

  “怎样最小限度地减少业务中断时间,也是体现漂移控制技术水平的重要标志。”张志清说,“这需要多方协调,中国气象局将与西安卫星测控中心、航天科技集团八院等单位共同努力,最大限度地减少观测作业中断。”

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