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4月24日，是我國第八個航天日，今年的主題為“格物致知，叩問蒼穹”。意思是不斷研究事物的原理，而獲得更多的知識，倡導廣大公眾特別是青少年，行而致知、知而促行，不斷探索宇宙奧秘。回顧我國航天發展的歷程，不論是載人航天還是遙感衛星的研發，這樣的主題始終貫穿其中。不久前，我國在軌氣象衛星家族中又增添一名新成員，風云三號G星，這顆衛星具有重大的技術突破，使我國氣象研究站上一個新的臺階。
4月16日上午9點36分，風云三號G星在酒泉成功發射。這是全球第三顆，我國第一顆專門用來測量降水的衛星。它將在軌服役至少6年。這顆衛星有一個獨特的本事，只要7天就可以完成一遍對全球中低緯度地區降水三維層析結構的探測，簡單地說，就是相當于給空中的云層做了一個CT掃描。對氣象科學家們來說，這個CT掃描，將為他們打開一個新的世界。
雨、雪、冰雹等等，這些與降水有關的天氣現象，都屬于降水衛星的觀測范圍。了解云層中的雨滴空間分布和垂直分布的情況，對降水預報預警都至關重要。我國雖然已經具有完備的地基降雨觀測系統，但是無法覆蓋海洋和地形復雜的山地區域，同時，原有的衛星只能拍攝二維平面云層圖像，這給準確預測降水帶來了很大的困難。
國家衛星氣象中心副主任、風云三號極軌衛星地面系統總指揮 張鵬：準確知道降雨發生在什么位置、什么時間、下多大，這是一個世界性難題。預報的準確率，比如溫度預報能達到七八十分，但是降雨預報的準確率只能達到二三十分的量級。
精準預報降水是一個世界難題，風云三號G星的誕生，就是向解決這一難題邁出的一大步。
國家衛星氣象中心副主任、風云三號極軌衛星地面系統總指揮 張鵬：它可以了解全球尺度降水，深化我們對降水全球氣候形態的認識，進一步幫助科學家準確認識降水的機理，更科學進行降水預報，作用非常巨大。
那么，這顆獨特的降水衛星是如何實現給云層做CT掃描的呢？秘密就在這顆衛星搭載的主載荷——雙頻降水測量雷達上。KU頻段的雷達和KA波段的雷達，一大一小兩個雷達，通過向大氣發出不同頻段的無線電磁波信號，接收降水粒子的反射信號，來構建大氣降水的三維圖像。
降水雷達不僅能測出中到大雨，還能將細微如毛毛雨這樣的變化監測出來，可謂是明察秋毫。這樣細微的觀測，對地面雷達來說也不是一件容易的事，天上400公里外的降水雷達是如何做到的呢？
時間回到2006年，那一年，在第二代低軌氣象衛星的主要技術完成攻關之后，氣象科學家們提出了一個需求。
國家衛星氣象中心副主任、風云三號極軌衛星地面系統總指揮 張鵬：航天的科學家問我們氣象的科學家，氣象最需要觀測的是什么要素？我們說是降水。我們又問，要準確地測量降水，必須要有天上的主動雷達，這個技術你們能實現嗎？我們要求這顆衛星在天上工作，它可以測到0.2個毫米每小時、就是毛毛雨的降雨量。
對航天科學家來說，這是個不小的挑戰。當時，國外也在研究這樣的技術，但是性能指標并沒有這么高。要達到這樣的性能指標，必須解決一個問題，就是要讓微弱的降水回波信號從干擾信號中準確分離出來。
中國航天科技集團九院七〇四所微波遙感技術研究室主任 江柏森：地表回波比降水回波強一百萬倍，常規雷達地表信號干擾一般在一萬倍左右，如何在一百萬倍的信號中挑取出降水回波，這個難度很大。
如何從紛繁復雜的信號中挑出最微弱卻最有用的那些信號，困擾著科學家們。不過，格物致知，攻堅克難，是他們一直的追求。最終，他們花了近3年的時間，用獨特的方式成功解決了這個問題，雷達發射面上密密麻麻的小縫隙，就是關鍵點之一。這些小縫隙，承擔著抑制干擾回波的重任。它們一排排整齊排列，看上去大小相同，只是角度略有差別。但實際上，在這近兩萬個縫隙中沒有任何一個一模一樣。
在整個雷達研制過程中，這樣精密、不容誤差的“藝術品”科研人員做了不下10個。他們切割出了幾十萬個各不相同的小縫隙，通過無數次試驗，最終才捕獲到那些最微弱的回波信號。研制的過程漫長而艱辛，而到了2010年實驗驗證階段，則需要耐心和運氣。
中國航天科技集團九院七〇四所所長、風云三號G星副總師 于勇：降水必須下雨天才能測，有幾個條件必須同時滿足：天上的衛星得過境，那個點還要下雨，我們還有一個船，就是放些浮標，數據比對。在那飛了將近3個月，碰上這種條件的也就兩天。
江柏森對其中一天記憶猶新。那一天本以為沒有降雨會空手而歸，沒想到返航途中下起了小雨，興奮的他們立刻要求回到測試點。
中國航天科技集團九院七〇四所微波遙感技術研究室主任 江柏森：很難得獲得這么一次機會，我們通過雷達掛載在飛機的機腹下方，探測降水，把回波記錄下來，確實比較興奮，也比較難忘。
最終的事實證明，等待是值得的。回波信號顯示的降水信息與其他方式監測的信息完全吻合，這證明了雙頻降水測量雷達的成功，可以運用在太空中。不過，行百里者半九十，雷達研制的成功并不代表整個衛星大功告成，之后的十多年，還有重重難關要突破。
通常情況下，中低緯度地區降水較為頻繁，因此，在設計上，這顆衛星就有別于別的衛星運行軌道，是家族中飛得最低，且傾角最小的成員。它的運行軌道高度407千米，與赤道面夾角僅50度，這樣才能夠更好地監測降水情況，而這也對衛星的運行姿態提出了挑戰：它需要頻繁調整角度來適應太陽照射，如同跳空中芭蕾。
中國航天科技集團八院、風云三號G星總設計師 錢斌：很頻繁，一年要發生13次。都靠地面控制去做的話，理論上講也行，但是要投入人力、物力和地面長期管理人員，也會帶來很大的工作量。所以我們考慮整星設計的時候，把自主偏航180的動作都設計成全自主的活動，包括在維持軌道高度方面，也開發了一些算法，自主做一些軌控動作，確保軌道高度的穩定。
自設難度，精益求精，這樣的精神一直貫穿于衛星研發始終。除了雙頻降水測量雷達、衛星低軌道低傾角自主偏航之外，風云三號G星還具有不少獨特性，例如它還同時搭載了微波成像儀、中分辨率光譜成像儀和全球導航衛星掩星探測儀，種種獨特的性能和載荷讓整個衛星從概念的提出到研制成功長達17年。
如今，風云三號G星已經順利升空，就在4月21日，部分載荷已經成功開機，接下來將進入全面驗證過程。從1970年提出要發展我們自己的氣象衛星到現在，我國氣象衛星從無到有、升級換代，定量觀測能力已經全面接近世界領先水平，完成了由跟跑到并跑的飛躍。
國家衛星氣象中心副主任、風云三號極軌衛星地面系統總指揮 張鵬：從2018年開始，我們的定量觀測精度更高，要有一些自己獨特的觀測能力。不僅為我們國家的氣象作貢獻，還要響應總書記的要求，讓風云氣象衛星服務國際社會，服務“一帶一路”。既體現了我們技術的進步，也讓我們技術的進步普惠整個地球，普惠全人類。
目前，我國風云衛星在軌運行8顆，成為全球唯一同時運行晨昏、上午、下午和傾斜4條近地軌道民用氣象衛星的國家。我國對于氣象的探索進入了一個更加深入的階段。
風云衛星只是我國太空探索應用中的一個典型。據國家航天局介紹，我國目前在軌穩定運行的300kg以上的衛星有300余顆，居世界第二位。構建起了以衛星通信、衛星遙感、衛星導航為主體的天地一體化國家空間基礎設施體系，為20多個行業提供了準確的信息，其中近50個業務領域實現100%信息自給率。這些都為服務國計民生、加快建設科技強國，實現高水平科技自立自強提供了寶貴經驗。