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　　北京懷柔，國家航天局懷柔總裝集成測(cè)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(cè)試。2018年下半年，這顆衛(wèi)星即將上天，在全球范圍內(nèi)觀測(cè)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(jì)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師董曉龍，正與團(tuán)隊(duì)的同事們認(rèn)真開展有效載荷的測(cè)試和驗(yàn)證工作，以便衛(wèi)星在2019年正式運(yùn)行時(shí)，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(cè)風(fēng)兒你測(cè)浪
　　俗話說“無風(fēng)不起浪”。風(fēng)暴潮、臺(tái)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(cè)風(fēng)浪。從古人“斷虹現(xiàn)，天要變”的經(jīng)驗(yàn)推測(cè)，到運(yùn)用氣象衛(wèi)星開展監(jiān)測(cè)，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(gè)個(gè)風(fēng)浪要素?cái)?shù)值模擬、預(yù)測(cè)模型誕生了。
　　但是，模型預(yù)測(cè)得準(zhǔn)嗎？“風(fēng)浪各要素之間是一個(gè)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)或是進(jìn)一步優(yōu)化和完善模型，還需要對(duì)要素做更充分的觀測(cè)，這樣才能保證模型準(zhǔn)確、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)。”董曉龍告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。
　　2009年，在中法兩國的共同支持下，中法海洋衛(wèi)星立項(xiàng)。這顆衛(wèi)星作為海洋觀測(cè)項(xiàng)目，目的是研究海洋表面風(fēng)場(chǎng)和海浪情況，以提高海洋氣象預(yù)報(bào)能力和人類對(duì)氣候變化的認(rèn)知。為此，衛(wèi)星攜帶了兩個(gè)主要儀器，一臺(tái)是由中國研制的測(cè)量風(fēng)的微波散射計(jì)，一臺(tái)是由法國研制的測(cè)量浪的海洋波譜儀。
　　“在海洋觀測(cè)方面，雖然很多國家已經(jīng)有海洋觀測(cè)衛(wèi)星，并且在軌運(yùn)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(cè)，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(cè)實(shí)驗(yàn)室主任達(dá)尼艾·歐賽說。
　　跳圓舞曲的“追風(fēng)者”
　　與法國測(cè)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(gè)詞，這也是遙感探測(cè)領(lǐng)域常用做法，指的是利用遙感信號(hào)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(shí)際情況?！拔覀兛床坏斤L(fēng)，所以只能通過其他手段觀測(cè)，并借助模型把觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成風(fēng)的數(shù)據(jù)?！倍瓡札堈f。
　　他們采用的辦法是測(cè)海面的波動(dòng)。在測(cè)量風(fēng)的微波散射計(jì)上，有一個(gè)天線。衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，天線會(huì)向一定的方向發(fā)射微波。當(dāng)微波“打”到海面上時(shí)，如果海面是平靜的，反射的微波會(huì)沿著反射線方向“打”出去，而不會(huì)被散射計(jì)的探測(cè)器接收到；但如果海面有波動(dòng)，反射的微波有一部分就會(huì)被探測(cè)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(cè)出風(fēng)究竟是從哪個(gè)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(cè)方向之間的夾角究竟有多大。”董曉龍說。
　　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(cè)視角，最后綜合起來測(cè)出風(fēng)向?！翱墒侨绻@樣，衛(wèi)星會(huì)變得特別復(fù)雜。”董曉龍說。
　　于是，科學(xué)家們又想到了新的辦法，用一副可以轉(zhuǎn)動(dòng)的天線，在衛(wèi)星上轉(zhuǎn)著圈測(cè)量風(fēng)?！氨确秸f衛(wèi)星在A點(diǎn)時(shí)，天線在衛(wèi)星飛行方向的前方探測(cè)了一個(gè)區(qū)域，等衛(wèi)星往前飛到B點(diǎn)的時(shí)候，天線轉(zhuǎn)到后面來，又可以再次探測(cè)這個(gè)區(qū)域，這就實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同方向的觀測(cè)。中法海洋衛(wèi)星微波散射計(jì)的獨(dú)特之處在于采用一個(gè)寬的扇形波束方向圖的掃描天線，大大增加了觀測(cè)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(jì)出來的散射計(jì)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(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展的趨勢(shì)下，中法海洋衛(wèi)星除了在海洋災(zāi)害預(yù)測(cè)上可以大顯身手之外，在推動(dòng)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(gè)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(duì)地觀測(cè)發(fā)展到今天，很多觀測(cè)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(bào)模型等新觀測(cè)模型?！倍瓡札堈f。
　　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(duì)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(xiàng)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(tái)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(shí)提供兩個(gè)地面接收站；衛(wèi)星測(cè)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(shí)不間斷工作，在距地500公里的軌道上對(duì)全球海洋的風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可被兩國科學(xué)家共享使用。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2017-11-14 第1版 要聞)