昨天，相信大傢的朋友圈被一條消息刷屏：用戶在微信啟動頁將變成，由我國新一代靜止軌道氣象衛星 " 風雲四號 " 從太空拍攝的最新氣象雲圖。啟動頁背景中將特別展示風四拍攝的高清東半球雲圖，畫面從人類起源的非洲大陸逐漸過渡為華夏文明起源地，這也是 6 年來擁有 8.89 億月活躍用戶的微信啟動頁面首次發生變化。
那麼，風雲四號衛星為什麼能夠拍到中國所處的地球面孔，它帶著哪些高端攝影器材呢？下面我們來聽聽中國運載火箭技術研究院總體設計部錢航博士的解讀。
微信登錄圖片（左為 NASA 公佈圖片，右為風雲四號拍攝）
2016 年 12 月 11 日零時 11 分，我國在西昌衛星發射中心用中國航天科技集團第一研究院抓總研制的長征三號乙遙四十二運載火箭成功發射由中國航天科技集團第八研究院抓總研制的風雲四號衛星（01 星）。
2017 年 2 月 27 日，國防科工局和中國氣象局聯合發佈瞭我國新一代靜止軌道氣象衛星風雲四號獲取的首批圖像與數據：世界第一幅靜止軌道地球大氣高光譜圖正式亮相，與此同時，我國首次獲取彩色衛星雲圖和閃電分佈圖。
風雲四號 A 星多通道掃描成像輻射計第一幅彩色合成圖像（國傢衛星氣象中心制圖）
風雲四號衛星是我國靜止軌道氣象衛星從第一代（風雲二號）向第二代跨越的首發星，成功發射後經過 5 次機動變軌後，2016 年 12 月 17 日成功定點於東經 99.5° 赤道上空的地球靜止軌道（GEO），並正式命名為風雲四號 A 星。從世界地圖上可以看出，定點在這個太空這個經度、緯度和高度，才能看到中國所處的地球面孔。
國傢測繪地理信息局官網的世界地圖
為什麼要把發風四發射到這樣的軌道？
如果把同步衛星發射到赤道平面內，而且衛星在軌道上轉一圈的時間和地球自轉的時間一樣，這樣衛星總是待在赤道上空的某處，從地面上看衛星在空中靜止不動，也就是，無論何時你在當地抬頭看，這顆衛星都在天上那個位置上。
從地球靜止軌道圖上看出，靜止氣象衛星在地球赤道上方約 35800 公裡的高空，與地球自轉同步運行，相對地球靜止，可以觀測地球表面三分之一的固定區域，可以對同一目標地區進行持續不斷的氣象觀測。發射如此高的空間位置，隻能用大推力火箭長征三號乙。地球靜止衛星的周期要非常精確，周期大瞭，衛星要向西漂移，周期小瞭，衛星將向東漂移。
地球靜止軌道圖
風雲四號克服瞭哪些技術難題？
風四衛星已實現的技術指標充分體現瞭 " 高、精、尖 " 特色，如掃描控制精度、姿態測量精度、微振動抑制能力、星上實時導航配準精度、星敏支架溫控精度等，多項技術指標挑戰瞭我國現有的工業基礎能力。三軸穩定衛星平臺（風雲四號，我國第二代氣象衛星）掃描成像輻射計相對於自旋穩定衛星平臺（風雲二號，我國第一代氣象衛星）掃描成像輻射計有較多突出的優點，但也有其特有的問題，風四衛星重點攻關解決瞭以下技術難點：
（1）由於掃描成像輻射計采用機械掃描實現二維掃描成像，當掃描鏡運動時，將會對衛星平臺產生一定的擾動，將會影響圖像的定位和配準，嚴重時將會漏掃圖像。風四對衛星平臺的姿態控制技術要求更高，掃描控制本身也應有實時圖像運動補償功能。
（2）由於三軸穩定衛星平臺上的掃描成像輻射計凝視地球且隨地球一起自轉，在每天子夜時分，太陽直射進掃描成像輻射計遮光罩的時間約有 6 小時。
（3）三軸穩定衛星平臺上的掃描成像輻射計掃描鏡的東西向連續往復掃描運動對氣象衛星的長壽命將構成主要障礙。采用最新的長線列焦平面技術，在幀時不變的情況下，降低東西向掃描速度不僅有利於延長衛星壽命，而且能減少掃描鏡運動對衛星姿態的擾動。
風雲四號氣象衛星
風四究竟帶瞭什麼利器使得其表現如此出色？
因為星上搭載瞭由中國科學院上海技術物理研究所研制的星上兩大光學載荷——多通道掃描成像輻射計和幹涉式大氣垂直探測儀，以及由中國科學院國傢空間科學中心研制的空間環境監測儀表現出色，發揮瞭重要作用。
風四的兩隻 " 超級慧眼 " ——多通道掃描成像輻射計和幹涉式大氣垂直探測儀為純正的 " 中華牌 "。這兩大紅外光學載荷充分利用衛星姿態的三軸穩定方式，成功搶占瞭地球靜止軌道氣象衛星在國際上競爭的制高點：高頻次觀測和高分辨率區域機動探測能力。
空間環境監測儀包含瞭 3 臺高能粒子探測器以及磁強計、輻照劑量儀、充電電位探測器和環境遠置單元，共計 7 臺單機 21 件產品，是目前我國在氣象衛星上佈局空間環境探測單機數量較多的型號。該系統的主要作用是監測空間環境狀況、記錄空間環境對衛星的影響、保障衛星在軌運行安全。
空間環境監測儀具備三大功能，分別是粒子探測、磁場探測和效應探測。具體來說，高能粒子探測器可以實現對電子和質子的通量及能量探測；磁強計可以實現對地球同步軌道的磁場探測；效應探測主要指對空間環境輻射劑量以及衛星表面電位和絕對電位的探測。依靠這三大功能，科研人員可以準確獲取衛星軌道的空間環境信息，為空間天氣監測預警業務提供重要的數據支撐。
風雲四號上的載荷配置示意圖
風雲四號的中國高度
在微信更換風四拍攝的地球圖片的那天，就是風雲四號衛星正式從在軌測試狀態交付用戶投入使用狀態。它將繼續在天氣預報、防災減災、應對氣候變化、資源開發、生態環境監測和空間天氣預警等領域發力，積極推動在水利、農業、林業、環境、減災、海洋、能源和航空等行業的應用。
同時，風四為 " 一帶一路 " 沿線國傢提供高精度的氣象衛星資料，為共同構建防災減災體系提供支撐，在區域各國的經濟社會發展中發揮作用，體現我國對國際社會的重要貢獻，進一步提升我國航天事業和氣象事業的國際地位和影響力。
風雲四號靜止氣象衛星的研制，完全瞄準國際先進水平，已經達到瞭中國高度。預期在不遠的將來，我國的科學應用航天器和先進空間載荷技術和水平將實現更大的突破和跨越。
