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　　北京懷柔，國家航天局懷柔總裝集成測試中心，一群穿著白大褂的中法兩國技術(shù)人員圍著一顆重700多公斤的應(yīng)用衛(wèi)星載荷做測試。2018年下半年，這顆衛(wèi)星即將上天，在全球范圍內(nèi)觀測海洋表面的風(fēng)浪。
　　北京中關(guān)村，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，衛(wèi)星的微波散射計分系統(tǒng)主任設(shè)計師董曉龍，正與團(tuán)隊的同事們認(rèn)真開展有效載荷的測試和驗證工作，以便衛(wèi)星在2019年正式運行時，能獲得更優(yōu)質(zhì)的一手科學(xué)數(shù)據(jù)。
　　這顆衛(wèi)星，就是中國與法國航天合作的首顆衛(wèi)星——中法海洋衛(wèi)星（CFOSAT）。
　　我測風(fēng)兒你測浪
　　俗話說“無風(fēng)不起浪”。風(fēng)暴潮、臺風(fēng)、厄爾尼諾海流、拉尼娜現(xiàn)象等，都是在大氣與海洋的共同作用下產(chǎn)生的。風(fēng)浪災(zāi)害給人類留下的心理陰影，曾化成一句句感慨——“海神來過惡風(fēng)回”，“風(fēng)響空山浪卷沙”。
　　為了擺脫“陰影”，人類開始嘗試預(yù)測風(fēng)浪。從古人“斷虹現(xiàn)，天要變”的經(jīng)驗推測，到運用氣象衛(wèi)星開展監(jiān)測，在預(yù)防風(fēng)浪災(zāi)害上，科學(xué)扮演著越來越重要的角色，一個個風(fēng)浪要素數(shù)值模擬、預(yù)測模型誕生了。
　　但是，模型預(yù)測得準(zhǔn)嗎？“風(fēng)浪各要素之間是一個復(fù)雜系統(tǒng)，目前，世界上已經(jīng)建立了很多風(fēng)浪模型，但要實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測或是進(jìn)一步優(yōu)化和完善模型，還需要對要素做更充分的觀測，這樣才能保證模型準(zhǔn)確、預(yù)報精準(zhǔn)?！倍瓡札埜嬖V《中國科學(xué)報》記者。
　　2009年，在中法兩國的共同支持下，中法海洋衛(wèi)星立項。這顆衛(wèi)星作為海洋觀測項目，目的是研究海洋表面風(fēng)場和海浪情況，以提高海洋氣象預(yù)報能力和人類對氣候變化的認(rèn)知。為此，衛(wèi)星攜帶了兩個主要儀器，一臺是由中國研制的測量風(fēng)的微波散射計，一臺是由法國研制的測量浪的海洋波譜儀。
　　“在海洋觀測方面，雖然很多國家已經(jīng)有海洋觀測衛(wèi)星，并且在軌運行已經(jīng)成為常態(tài)，但是要想覆蓋全球的海面，觀察復(fù)雜氣候、風(fēng)浪的現(xiàn)象，需要更多國家的衛(wèi)星進(jìn)行聯(lián)手合作。中法海洋衛(wèi)星能夠?qū)︼L(fēng)和浪進(jìn)行高精度的觀測，特別是它不但能觀察普通的風(fēng)浪，還能觀察極端天氣下風(fēng)浪的狀態(tài)。”法國大氣、環(huán)境與地球觀測實驗室主任達(dá)尼艾·歐賽說。
　　跳圓舞曲的“追風(fēng)者”
　　與法國測量浪高、浪幅不同，風(fēng)，既看不見，又摸不著。要想從九天之外追到風(fēng)，并不是件容易事。
　　“反演”是董曉龍經(jīng)常提到的一個詞，這也是遙感探測領(lǐng)域常用做法，指的是利用遙感信號或遙感數(shù)據(jù)與地表應(yīng)用之間的關(guān)系模型，推演出地表的實際情況。“我們看不到風(fēng)，所以只能通過其他手段觀測，并借助模型把觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成風(fēng)的數(shù)據(jù)。”董曉龍說。
　　他們采用的辦法是測海面的波動。在測量風(fēng)的微波散射計上，有一個天線。衛(wèi)星在軌道上運動時，天線會向一定的方向發(fā)射微波。當(dāng)微波“打”到海面上時，如果海面是平靜的，反射的微波會沿著反射線方向“打”出去，而不會被散射計的探測器接收到；但如果海面有波動，反射的微波有一部分就會被探測到，根據(jù)回波強(qiáng)度，利用模型，便可算出風(fēng)的強(qiáng)度。
　　但是，問題來了。風(fēng)可以從四面八方吹，怎么才能測出風(fēng)究竟是從哪個方向吹來的呢？
　　“必須要從不同的方向‘看’，才能準(zhǔn)確看出風(fēng)向和探測方向之間的夾角究竟有多大?！倍瓡札堈f。
　　通常，解決這一問題的辦法是像拍VR全景一樣，給載荷多裝幾副天線，每副天線采用不同的探測視角，最后綜合起來測出風(fēng)向?！翱墒侨绻@樣，衛(wèi)星會變得特別復(fù)雜?！倍瓡札堈f。
　　于是，科學(xué)家們又想到了新的辦法，用一副可以轉(zhuǎn)動的天線，在衛(wèi)星上轉(zhuǎn)著圈測量風(fēng)?！氨确秸f衛(wèi)星在A點時，天線在衛(wèi)星飛行方向的前方探測了一個區(qū)域，等衛(wèi)星往前飛到B點的時候，天線轉(zhuǎn)到后面來，又可以再次探測這個區(qū)域，這就實現(xiàn)兩個不同方向的觀測。中法海洋衛(wèi)星微波散射計的獨特之處在于采用一個寬的扇形波束方向圖的掃描天線，大大增加了觀測方向的數(shù)目，從而提高風(fēng)的反演精度，這種體制在國際上是第一次?！倍瓡札堈f。
　　最終設(shè)計出來的散射計載荷上，衛(wèi)星天線以每10分鐘轉(zhuǎn)35圈的速度跳著圓舞曲，并跟著衛(wèi)星一起不斷向前進(jìn)。
　　科學(xué)與應(yīng)用并駕齊驅(qū)
　　在我國推動空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展的趨勢下，中法海洋衛(wèi)星除了在海洋災(zāi)害預(yù)測上可以大顯身手之外，在推動科學(xué)研究方面也積聚著強(qiáng)大潛力。
　　“從中法海洋衛(wèi)星的技術(shù)上看，中方和法方研制的兩個有效載荷都是全新的，這是海洋遙感技術(shù)的重要突破；從科學(xué)角度講，我國對地觀測發(fā)展到今天，很多觀測模型都是跟蹤和模仿國外成果，這顆衛(wèi)星有助于科學(xué)家在風(fēng)浪研究上獲得史無前例的一手科學(xué)數(shù)據(jù)，形成新的海浪預(yù)報模型等新觀測模型。”董曉龍說。
　　目前，在兩國的共同推進(jìn)下，中法海洋衛(wèi)星進(jìn)展可觀?！靶l(wèi)星將要搭載的法國儀器已于今年8月交付給中國合作伙伴。”達(dá)尼艾·歐賽說。
　　2014年3月26日，中國國家主席習(xí)近平對法國進(jìn)行國事訪問期間，法國國家空間研究中心和中國國家航天局簽署了關(guān)于加強(qiáng)中法在海洋學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域合作的協(xié)議。2015年，在法國總理訪華之際，法國國家空間研究中心與中國國家航天局簽署協(xié)議，加速推進(jìn)中法海洋衛(wèi)星項目，并為未來利用科學(xué)數(shù)據(jù)及其隨后的應(yīng)用合作奠定基礎(chǔ)。
　　航天東方紅衛(wèi)星有限公司中法海洋衛(wèi)星總工程師、總指揮王麗麗介紹，在合作中，中方承擔(dān)衛(wèi)星平臺和部分載荷研制，以及衛(wèi)星發(fā)射、地面接收和應(yīng)用等工作；法方承擔(dān)衛(wèi)星部分載荷研制和數(shù)據(jù)傳輸工作，同時提供兩個地面接收站；衛(wèi)星測控由中法共同完成，雙方參與研制的工作人員超過100人。
　　據(jù)了解，交付使用后，衛(wèi)星將24小時不間斷工作，在距地500公里的軌道上對全球海洋的風(fēng)場、浪場進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)可被兩國科學(xué)家共享使用。
　　（原載于《中國科學(xué)報》 2017-11-14 第1版 要聞)