編者按：9 月 25 日至 9 月 28 日期間，用戶在微信啟動時，可以欣賞到由我國新一代靜止軌道氣象衛星 " 風雲四號 " 從太空拍攝的祖國全景。這也是 6 年來微信啟動頁面首次發生變化，啟動頁背景中的地球圖片由非洲大陸上空視角，變化為瞭我們的祖國上空。在這背後，是科研人員 15 年的堅持與付出。科學傢說，這輩子能夠啃下這塊讓美國、歐洲都知難而退的硬骨頭，值瞭！
右側為用 " 風雲四號 " 所拍攝的照片制成的啟動頁
中科院上海技術物理研究所幹涉式大氣垂直探測儀團隊送正樣產品出所
太空中，剛從太陽的炙烤中鉆入地影，去年年底發射上天的風雲四號靜止軌道氣象衛星上，兩臺完成代際技術跨越的儀器——新一代掃描成像輻射計、幹涉式大氣垂直探測儀，經受住瞭太空中巨大溫差變化的殘酷考驗，源源不斷地下傳遙感數據。
地面上，他們的研制者——中國科學院上海技術物理研究所風四載荷團隊的科學傢們，長長松瞭口氣。15 年的堅持與付出。首席科學傢華建文說，這輩子能夠啃下這塊讓美國、歐洲都知難而退的硬骨頭，值瞭！
離地面 3.6 萬公裡的地球靜止軌道上，這對嶄新的 " 中華慧眼 " 正傳回大量 " 中國數據 "。其中部分數據是國際氣象界迫切期望使用的，除瞭中國的風雲四號氣象衛星，目前沒有任何一顆在軌衛星能夠提供。
當別人放棄時，我們堅持
" 沒有輻射計，就不是風四；沒有探測儀，就不是中國的風四。" 上海技物所副所長、探測儀主任設計師丁雷這句話所指的，是十幾年前，中科院院士匡定波力排眾議，支持研制幹涉式大氣垂直探測儀的魄力。
1997 年風雲二號衛星剛上天，下一代風雲衛星就已開始規劃。匡定波提出，應該發展幹涉式大氣垂直探測儀。這種利用傅立葉變換原理的探測儀，可以為大氣做 " 超級 CT" ——把大氣從地面開始 " 切片 "，將 100 公裡大氣切成上千層，測出每一層的溫度、濕度等數值，為災害性天氣監視和大氣化學成分探測服務。
" 比如青藏高原的冷空氣下沉，並流向東部，抬升那裡的熱空氣。這個變化過程原來主要是理論推測，沒有實際觀測到過。" 丁雷說，而探測儀獲得的數據可能讓人類首次真切 " 看 " 到這個過程。
這是遙感領域紅外光譜技術的一場革命。早先，美國、歐洲都在朝這個方向努力，但到 2006 年，由於技術難度過大、所需經費太多，美國放棄瞭，歐洲也大幅調整瞭計劃。
中國要不要繼續？
2001 年回國來到技物所的華建文，在 2005 年底已帶領團隊調出瞭紅外幹涉信號，原理樣機初步成功。匡定波說：" 盡管這塊骨頭很難啃，但隻要把儀器送上天，就是邁出成功的第一步。"
國際同行公認，探測儀 " 切片數 " 達到 1000，是衡量探測質量的分水嶺。" 我們非但要做，而且把目標定在瞭 1500 層，這幾乎是一個夢想數值。" 丁雷說，既然要啃硬骨頭，就挑最難的嘗試。
如今，當中國的探測儀開始提供全球獨傢的數據時，美國的研發隊伍尚未重新聚集，歐洲的儀器還要等到 2022 年才能發射升空。
" 當別人放棄時，我們堅持；做成功瞭，就領先世界。" 華建文說，過去中國向國外衛星要數據，現在是國際氣象界迫切需要中國的衛星數據瞭。
為一顆星做一輩子，我願意
光譜通道從 5 個拓展到 14 個；可見光空間分辨率從 1.25 千米提高到 500 米；地球全圓盤成像時間從 30 分鐘提高到 15 分鐘，未來還可繼續提高到 5 分鐘以內 …… 隨風雲四號上天的掃描輻射計，與風雲二號上的儀器相比，實現瞭技術的代際跨越。
成像輻射計的掃描機構瞄準拍攝點的精度有多高？主任設計師王淦泉說，相隔一個足球場的距離，在一邊放上成排的 1 萬枚針孔僅 0.04 平方毫米的細針，在另一邊用掃描機構的鏡子反射激光穿過小孔，可以準確穿過 9997 個。
為瞭精確評價掃描鏡的這個精度指標，王淦泉整整想瞭 12 年。無法檢測校準，又怎知儀器是否達標？2014 年的一天，他偶然看到資料，有一種設備可以達到在千分之一秒內測出 0.1 角秒的誤差。可國內隻有一兩傢單位可能具備這種技術，但精度能否滿足掃描鏡的測試需求，卻是未知。
他花瞭一年多時間，往返於北京、西安等地，不斷與相關科研人員溝通，促成對設備的改進，終於做出瞭可以檢測掃描鏡動態精度檢測的儀器。
面對這麼多從未挑戰過的技術難關，漫長的研發周期考驗著科研人員的定性。一般衛星的研發周期是 4-6 年，但具備高精度定量應用特征的氣象衛星的研發周期卻長達十幾年。一代氣象衛星往往要先後發射好幾顆，從第一顆到最後一顆上天，又有好幾年，再加上在軌運行的維護任務———這輩子真的就隻夠做這一批星瞭。
項目推進困難重重，團隊裡的年輕人來瞭又走瞭，卻仍有不少人一直堅持著。探測儀團隊的 " 元老 " 之一王占虎動過離開的念頭，甚至還去應聘新工作，可想到做夢都想調出的第一束紅外幹涉信號，最後一刻還是留瞭下來。" 去年探測儀隨風四升空，從此感覺天空中多瞭一個親戚。" 他說，" 為一顆星做一輩子，我願意。"
衛星載荷帶民企一起 " 上天 "
航天器能做多好，取決於一個國傢的工業基礎。即使科學傢能夠設計出最新的載荷，如果關鍵器件沒有廠傢能夠加工，仍舊是畫餅。
項目開始之初，研發團隊就飽嘗此中艱辛。根據設計要求，載荷中需要一些激光器、分光計，當時國內找不到這些器件，他們發出 100 多封郵件，全球尋找這些產品。可是，當外方瞭解到具體參數後，就回絕瞭技術合作的要求，或者以沒有 " 銷售許可證 " 為由，不願賣產品。
自己設計，自己研制，他們開始在國內尋找合作企業。有一種名叫鋁基碳化矽的材料，跟鋁一樣輕，熱脹冷縮形變又小，導熱性能還特別好，但比鋁硬 3 倍，非常適合做風雲四號這種熱環境復雜、輕量化程度要求高的衛星載荷的結構件。可由於加工困難，一直沒用上。
2009 年，國內終於有企業能夠加工這種材料。他們馬上找到這傢企業，和它一起改進技術，最終研制出瞭國內首套鋁基碳化矽掃描機構框架，並成功應用在兩臺載荷中。現在，這個行業已面對國內廣泛的應用。
感應同步器中的碼盤是關鍵部件，掃描儀和探測儀能夠實現高精度 " 指哪打哪 "，它起著舉足輕重的作用。達到航天要求的產品，國際上也隻有一兩傢能做，一聽說產品精度這麼高，他們都一口回絕。
最後，科研人員輾轉在常熟找到瞭一傢民營企業。這傢廠的主人，退休前是昆明機械廠的總工程師，曾參與過國傢組織的相關產品的研發。不過，這傢民企研制航天高可靠產品的經驗不足。研制人員幾乎手把手幫著解決可靠性問題，最終研制出瞭滿足航天要求的國內最高精度的感應同步器。
碳纖維編織材料、特種檢測設備、長壽命高性能潤滑脂 ……15 年，風四團隊通過項目，帶動瞭多傢民營企業技術升級。" 盡管民企沒有航天產品的管理體系，質量跟蹤非常累。" 華建文說，" 但看到自己的技術和業務引導，讓這些行業得到改變，這種成就與滿足感，不亞於衛星上天。"
來源： 中科院之聲
責編 侯川川
編審 李楓
