风云四号系列
概况
风云四号气象卫星是我国第二代静止气象卫星，充分考虑海洋、农业、林业、水利以及环境、空间科学等领域的需求，以实现综合利用。主要发展目标是：
- 卫星姿态稳定方式为三轴稳定，提高观测的时间分辨率和区域机动探测能力；
- 提高扫描成像仪性能，以加强中小尺度天气系统的监测能力；
- 发展大气垂直探测和微波探测，解决高轨三维遥感；
- 发展极紫外和X射线太阳观测，加强空间天气监测预警。
卫星状态
| 卫星名称 | 发射时间 | 停止时间 | 运行状态 | 定点经度 |
|---|
发展历程
风云四号卫星计划发展光学和微波两种类型的卫星。
2016年12月11日，风云四号科研试验卫星在西昌卫星发射中心成功发射，12月17日定点于东经99.5度赤道上空静止轨道位置，并正式命名为风云四号A星（又称FY-4A，简称“A星”），2017年2月27日，随着我国新一代静止气象卫星风云四号A星获取首批图像和数据，世界第一幅静止轨道地球大气高光谱图正式亮相，与此同时，我国首次获取彩色卫星云图和闪电分布图。2017年9月25日，风云四号A星正式交付用户投入使用，目前定点在105E，FY-4A的成功发射在技术体制上实现了更新换代，该星考核寿命为5年。
风云四号B星为风云四号系列气象卫星首颗业务卫星，于2021年6月3日0时17分，在西昌卫星发射中心搭乘长征三号乙运载火箭发射。6月10日17时7分，风云四号B星（以下简称“B星”）成功定点东经123.5°赤道上空静止轨道位置。2022年4月11日，B星成功定点东经133°赤道上空静止轨道位置。B星是我国新一代静止轨道气象卫星风云四号系列卫星的首发业务星，B星考核寿命由A星的5年提升至7年。它的成功发射，标志着我国新一代静止轨道卫星观测系统正式进入业务化发展阶段，对确保我国静止气象卫星升级换代和连续、可靠、稳定业务运行意义重大。
B星发射后与A星一起双星组网进一步满足我国及“一带一路”沿线国家和地区气象监测预报、应急防灾减灾等服务需求。2022年6月1日，B星及其地面应用系统转入业务试运行，开始为全球用户提供观测数据和应用服务。
2024年2月1日至3月5日，B星从东经133度漂移至东经105度，接替风云四号A星实现主业务位置观测系统的更替，风云四号A星漂移至东经86.5度业务备份。3月5日0时（UTC）起，B星在东经105度恢复业务服务。
特点优势
风云四号卫星是我国新一代静止轨道气象卫星，风云四号A星在世界上首次实现静止轨道成像观测和红外高光谱大气垂直探测综合观测，首次采用SAST5000平台，首次实现了我国天基闪电观测，风云四号B星搭载的快速成像仪首次实现全球静止气象卫星空间分辨率最高（250m）的观测，区域扫描仅需1分钟，大幅提升卫星对地观测效率和时空分辨率，是我国气象卫星技术从跟跑并跑转向并跑领跑的实践者。
与目前我国在轨业务运行的风云二号（FY-2）系列卫星相比，风云四号（FY-4）卫星是具有划时代意义的新一代静止气象卫星，卫星与有效载荷的整体性能都大幅优于FY-2系列卫星。主要的功能亮点表现在实现了静止轨道上的三维大气廓线探测、高空间分辨率高频次观测和闪电时空分布探测，这些必将为我国未来的天气监测服务提供强有力的卫星观测支撑。
| FY-4B业务卫星 | FY-4A科研试验星 | FY-2业务卫星 | |
|---|---|---|---|
| 卫星平台稳定方式 | 三轴稳定 | 三轴稳定 | 自旋稳定 |
| 卫星在轨工作寿命 | 7年考核 | 设计寿命7年，5年考核 | 设计寿命3年 |
| 对地观测效率 | 优于85% | 优于85% | 约5% |
| 对地观测方式 | 成像探测＋垂直探测+快速成像探测 | 成像探测＋垂直探测+闪电 | 成像探测 |
| 主要有效载荷 | 先进的静止轨道辐射成像仪 | 先进的静止轨道辐射成像仪 | 5通道辐射计 |
| 波段覆盖：0.45~13.6μm | 波段覆盖：0.45~13.8μm | 波段覆盖：0.55~12.5μm | |
| 空间分辨率：0.5~4km | 空间分辨率：0.5~4km | 空间分辨率：1.25~5km | |
| 全圆盘观测时间：15分钟 | 全圆盘观测时间：15分钟 | 全圆盘观测时间：30分钟 | |
| 观测区域：灵活可调 | 观测区域：灵活可调 | 观测区域：相对固定 | |
| 干涉式大气垂直探测仪 | 干涉式大气垂直探测仪 | 无 | |
| 波段范围：长波680~1130 cm-1、中波1650~2250cm-1、可见0.55~0.90μm | 波段范围：长波700~1130cm-1、中波1650~2250cm-1、可见0.55~0.90μm | ||
| 光谱分辨率：长波0.8cm-1、中波0.8cm-1 | 光谱分辨率：长波0.8cm-1、中波1.6cm-1 | ||
| 空间分辨率：红外星下点12km、可见光星下点1公里 | 空间分辨率：红外星下点16km、可见光星下点2公里 | ||
| 时间分辨率：45分钟 | 时间分辨率：1小时 | ||
| 快速成像仪 | 无 | 无 | |
| 波段覆盖：全色、0.445~12.5μm | |||
| 空间分辨率：0.25~4km | |||
| 观测时间：2000公里×2000公里小于1分钟 | |||
| 无 | 闪电成像仪 | 无 | |
| 探测波段：777.4±0.5nm | |||
| 探测器大小：2×300mm×400mm | |||
| 空间分辨率：7.8km | |||
| 覆盖范围：中国及周边 | |||
| 空间天气监测仪器 | 空间环境监测仪器 | 空间环境监测仪器包 | |
| 空间粒子探测＋磁场探测 | 空间粒子探测＋磁场探测 | 空间粒子探测 |
与国际同类卫星相比，风云四号A星装载的先进的静止轨道辐射成像仪，其14个成像通道与国际水平相当。装载的干涉式大气垂直探测仪在世界上首次实现了静止轨道红外高光谱探测，可以获取大气温湿度三维结构，处于国际领先水平。风云四号装载的闪电成像仪首次实现了对亚洲大洋洲区域的静止轨道闪电持续观测。国外只有美国新一代静止轨道气象卫星GOES-R搭载了闪电成像仪对西半球美洲区域进行观测。
与国际同类卫星相比，风云四号B星装载的先进的静止轨道辐射成像仪与国际同批卫星水平相当；装载的干涉式大气垂直探测仪处于国际领先水平，国外只有欧洲MTG-S计划搭载的高光谱红外垂直探测仪具备静止轨道垂直探测能力；装载的快速成像仪首次实现全球静止气象卫星空间分辨率最高（250m）的观测。
| FY-4B （中国） |
FY-4A （中国） |
GOES-R/S （美国） |
MTG-I+S （欧洲） |
Himawari-8/9 （日本） |
||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 成像观测 | 空间分辨率 | AGRI：0.5-4km GHI：25-2km |
0.5-4km | 0.5-2km | 0.5-2km | 0.5-2km |
| 时间分辨率 | AGRI：全圆盘15分钟 GHI：1分钟 |
全圆盘15分钟 | 全圆盘5分钟 | 全圆盘10分钟 | 全圆盘10分钟 | |
| 波段数量 | AGRI：15 GHI：7 |
14 | 16 | 16 | 16 | |
| 垂直探测 | 光谱范围 | LWIR：680~1130cm-1 MWIR：1650-2250cm-1 |
LWIR：700~1130cm-1 MWIR：1650-2250cm-1 |
无 | LWIR：700~1210cm-1 MWIR：1600-2175cm-1 |
无 |
| 光谱分辨率 | <0.8cm-1 | 0.625cm-1（实测） | 0.625cm-1 | |||
| 空间分辨率 | 12km | 16km | 4km | |||
| 时间分辨率 | 45分钟 | 1小时 | 1小时 | |||
| 空间天气监测 | 粒子/磁场 | 粒子/磁场 | 粒子/磁场/对日成像 | 无 | 无 | |
发展规划
风云四号的前期论证从上世纪90年代就已经开始了，在“十五”期间有关部门已经开始进行风云四号关键技术预先研究，在2008完成风云四号总体工程的国家立项并进入研制，在2016年12月11日发射试验卫星。通过对试验卫星的评估和明确业务卫星技术状态，计划在“十三五”期间发射风云四号业务卫星并接替风云二号业务。在2021年6月3日发射首颗业务卫星FY-4B。
风云四号卫星计划发展光学和微波两种类型的卫星。光学星按照东、西双星进行空间轨道布局，西部星观测区域覆盖我国西部、印度洋、红海和中东地区并西接欧洲，东部星观测区域覆盖我国中东部、扩大到广大太平洋地区。微波探测卫星单星运行，定点在能覆盖我国国土为主的最佳空间轨道位置。
根据我国气象卫星发展规划，2022年左右，还将发射一颗同属光学系列的风云四号静止轨道业务气象卫星，逐步替代在轨的风云二号系列卫星，形成“双星在轨，互为备份”的运行格局。此外，2025年前，计划发射风云四号微波探测卫星，并与在轨的风云四号光学卫星协同使用，在国际上率先形成探测手段齐全的高轨气象卫星体系。
风云静止卫星发展规划
技术指标
风云四号卫星采用SAST5000平台，六面柱体结构，具有对地面积大、质心低等优点。采用单太阳电池翼方案，预留完整的对应一侧用作载荷辐射制冷器的散热面。采用三轴稳定姿态控制，与自旋稳定方式平台相比可显著提高对地观测效率，并为大气垂直探测和闪电观测提供必备条件。采用双总线体制，星务管理由低速1553B总线实现，载荷观测数据采用Space-Wire总线传输，配置灵活、可靠性高。卫星平台包括结构、热控、姿轨控、推进、电源、测控、数管、总体电路、数传、转发、数据收集等分系统。
| 发射重量 | 约 5400kg |
|---|---|
| 姿态稳定方式 | 三轴稳定 |
| 姿态精度 | 3″ |
| 星载总线 | 1553B + Spacewire |
| 原始数据传输 | X波段 |
| 输出功率 | ≥3200W |
| 设计寿命 | 7年 |
探测仪器
风云四号卫星主要探测仪器为先进的静止轨道辐射成像仪、干涉型大气垂直探测器、闪电成像仪、快速成像仪、CCD相机和地球辐射收支仪，地球圆盘图成像时间为15分钟。
相比风云二号静止卫星，风云四号卫星除新增大气垂直探测和闪电观测功能外，装载的先进的静止轨道辐射成像仪和空间天气仪器显著提升了性能，先进的静止轨道辐射成像仪的成像观测通道从5个扩展到14个以上，全圆盘图像观测时间从半小时缩短到15分钟，最高空间分辨率从1.25km提高到500米。
风云四号卫星的辐射成像通道由FY-2G星的5个增加为14个以上，覆盖了可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段，接近欧美第三代静止轨道气象卫星的16个通道。星上辐射定标精度0.5K、灵敏度0.2K、可见光空间分辨率0.5km，与欧美第三代静止轨道气象卫星水平相当。
风云四号气象卫星先进的静止轨道辐射成像仪相比正在运行的风云二号气象卫星先进的静止轨道辐射成像仪，在通道数和辐射分辨率指标方面均由大幅度提高，尤其是三轴稳定卫星平台为缩短帧时和小区域扫描提供了可能，这对灾害性天气的实时预报将起到无法替代的重要作用。
卫星还配置有912个光谱探测通道的干涉式大气垂直探测仪，光谱分辨率0.8cm-1，可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测，这是欧美第三代静止轨道单颗气象卫星不具备的。
地面应用系统
风云四号卫星地面系统总体分布如下图所示。
风云四号卫星地面系统总体分布
地面应用系统中的数据获取和测控系统、任务管理与控制系统、定位与配准系统、定标与真实性检验系统、产品生成系统、计算机网络系统等系统建在北京气象卫星地面站内。数据服务系统、应用示范系统、空间天气系统建在国家卫星气象中心大楼内，在大楼的二层机房内建有卫星运行指挥控制中心，对我国在轨运行的极轨和静止气象卫星进行状态监视、任务管理、应急处理及指挥控制。在广州站建设包括数据获取和测控需要在科研试验卫星阶段进行验证的部分系统，在业务卫星发射前进行扩充建设。
为了满足对静止气象卫星数据高时效性要求用户的应用，将在全国各省气象局设立高速数据接收利用站。风云四号数据广播系统采用DVB/S2体制广播数据，国内外用户主要用7.3米天线接收其广播的HRIT-H 12Mbps数据、HRIT-V1 10Mbps数据，用2.4～3米天线接收HRIT-V2 1Mbps数据。同时，为了保证利用小型天线对卫星数据的便利获取和利用，继续通过风云四号卫星广播LRIT信息。风云四号的数据收集系统，可以收集卫星覆盖区内安装在高山、沙漠、湖泊、森林、海洋、飞机等上的数据收集平台采集的信息。
用户应用示范将根据分工分别由国家卫星气象中心、国家气象中心、国家气候中心、气象科学研究院、专业研究所、全国区域气象中心和省气象局承担相关领域应用研发任务，重点在高影响天气、数值天气预报等应用领域充分发挥风云四号卫星的优势。
数据产品
| 卫星 | 数据产品 |
|---|---|
| FY-4A | 数据产品 |
| FY-4B | 数据产品 |
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