9月30日13時(shí)34分，中國極軌氣象衛(wèi)星“風(fēng)云三號(hào)”C星攜帶的新一代微波濕度計(jì)向地面接收站傳回首批大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這標(biāo)志著我國成為國際上首個(gè)利用同一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)大氣濕度與溫度探測(cè)的國家。

這臺(tái)微波濕度計(jì)是中科院國家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員張升偉、王振占團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年的研究成果。面對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》記者的提問，兩人談起了這臺(tái)儀器的創(chuàng)新之處。

“這臺(tái)微波濕度計(jì)每2.667秒就可以掃描2700公里的地表寬度，約一個(gè)半小時(shí)就可以圍繞地球轉(zhuǎn)一圈。”擔(dān)任此次微波濕度計(jì)主任設(shè)計(jì)師的張升偉向記者介紹說，“作為衛(wèi)星主載荷之一，與‘風(fēng)云三號(hào)’A、B星相比，C星微波濕度計(jì)的探測(cè)頻率從原來的兩個(gè)增加到四個(gè)，探測(cè)通道數(shù)量也由原來的五個(gè)增加到十五個(gè)，這是C星微波濕度計(jì)區(qū)別于A、B星的最大特點(diǎn)。”

據(jù)了解，“風(fēng)云三號(hào)”A、B星微波濕度計(jì)包括183GHz和150GHz兩個(gè)探測(cè)頻率，主要負(fù)責(zé)對(duì)大氣垂直高度的水汽分布進(jìn)行層析探測(cè)。C星在原有基礎(chǔ)上增加了89GHz和118GHz兩個(gè)探測(cè)頻，是國際上首次在極軌氣象衛(wèi)星上搭載118GHz輻射計(jì)，該頻段能夠測(cè)量大氣溫度的垂直分布，使C星可以實(shí)時(shí)獲取大氣同一時(shí)間、同一地區(qū)的溫度和濕度廓線。

“而利用多個(gè)探測(cè)通道可以對(duì)大氣垂直層面進(jìn)行類似于‘CT掃描’式的分層探測(cè)。通道越多，分層就越精細(xì)，探測(cè)精度也就越高，有利于提高中長期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。”微波濕度計(jì)副主任設(shè)計(jì)師王振占告訴記者。

然而，通道多了兩倍，問題也隨之而來。如何在20兆赫的帶寬下實(shí)現(xiàn)高靈敏度指標(biāo)具有很大挑戰(zhàn)，項(xiàng)目組技術(shù)人員通過反復(fù)計(jì)算、多次設(shè)計(jì)，終于高標(biāo)準(zhǔn)完成任務(wù)；同時(shí)，由于儀器在真空定標(biāo)過程中真空罐每打開一次要耗費(fèi)上百萬元，為了節(jié)省費(fèi)用，負(fù)責(zé)定標(biāo)工作的王振占等人還設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)升降機(jī)，減少了原來定標(biāo)過程中重復(fù)開啟真空罐的花費(fèi)。

從2003年“風(fēng)云三號(hào)”A星微波濕度計(jì)開始研制到2013年C星微波濕度計(jì)的升級(jí)換代，十年來，我國微波濕度計(jì)實(shí)現(xiàn)了從無到有以及技術(shù)攀升的過程，推動(dòng)了我國氣象衛(wèi)星微波遙感技術(shù)走向國際領(lǐng)先水平，也為未來“風(fēng)云四號(hào)”衛(wèi)星以及其他型號(hào)的亞毫米波、太赫茲輻射計(jì)研發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

“我國微波濕度計(jì)雖然比美、歐起步晚了近20年，但起點(diǎn)卻很高，具體表現(xiàn)為‘三高’：高頻率、高精度、高分辨率。”張升偉說。而這中間無不浸透著該實(shí)驗(yàn)室老中青三代科研人員的心血。

作為我國微波遙感技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)始人之一，中國工程院院士姜景山以戰(zhàn)略發(fā)展的眼光，在2000年布置了微波濕度計(jì)的預(yù)先研究和技術(shù)攻關(guān)，并且A星微波濕度計(jì)在國際上首次實(shí)施垂直極化和水平極化雙通道探測(cè)方案，提高了降雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，在A星微波濕度計(jì)之前，國內(nèi)星載微波輻射計(jì)尚無真空定標(biāo)的先例，王振占帶領(lǐng)的真空定標(biāo)小組“摸著石頭過河”，通過多次摸底試驗(yàn)，形成了一套規(guī)范的操作方法，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了星載微波輻射計(jì)上天前的真空定標(biāo)，為我國其他航天工程型號(hào)，如探月工程嫦娥衛(wèi)星、“海洋二號(hào)”等微波輻射計(jì)的真空定標(biāo)提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)。

從2008年至今，通過全天時(shí)、全天候地探測(cè)全球大氣水汽含量，“風(fēng)云三號(hào)”A、B星的兩臺(tái)微波濕度計(jì)為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害性天氣發(fā)揮了重要作用。事實(shí)上，正是由于“風(fēng)云三號(hào)”A、B星微波濕度計(jì)的出色表現(xiàn)，其科學(xué)數(shù)據(jù)已被同化進(jìn)歐洲中長期數(shù)值預(yù)報(bào)模式。隨著第三臺(tái)微波濕度計(jì)在軌組網(wǎng)運(yùn)行，我國氣象監(jiān)測(cè)水平和天氣預(yù)報(bào)能力將進(jìn)一步提升。

談起微波濕度計(jì)創(chuàng)新成功的“秘訣”，張升偉告訴記者：“航天儀器要拿產(chǎn)品說話，務(wù)實(shí)求真、周到細(xì)致的航天精神就是我們的工作理念。”

“1×X=Y。在這個(gè)函數(shù)公式中，地面上工作是1，上天后的工作是X，如果X=0，所有的工作結(jié)果就是零。因此我們一切地面工作的目標(biāo)就是確?！甔=1’。”王振占說。

十年來，中國科學(xué)院微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)為我國航天任務(wù)培養(yǎng)了一批年輕的科研骨干人才。發(fā)稿前夕，王振占榮獲2013年度“趙九章優(yōu)秀中青年科學(xué)獎(jiǎng)”。面對(duì)未來，兩位研究員表示，中科院的目標(biāo)是引領(lǐng)創(chuàng)新，而國際航天領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是人才的競(jìng)爭(zhēng)，因此人才隊(duì)伍的建設(shè)將是未來實(shí)驗(yàn)室發(fā)展重點(diǎn)之一。

兩位研究員還向記者透露，盡管當(dāng)前我國微波濕度計(jì)等儀器整體已可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，但鑒于當(dāng)前我國工業(yè)技術(shù)水平與國外差距較大，一些關(guān)鍵微波部組件，尤其是100GHz以上頻率的部組件國內(nèi)尚無航天級(jí)產(chǎn)品。因此，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)國產(chǎn)儀器設(shè)備的創(chuàng)新任重而道遠(yuǎn)，還需要從根本上實(shí)現(xiàn)我國高頻率微波元器件的國產(chǎn)化，高精密組裝、測(cè)試等生產(chǎn)、工藝水平還需進(jìn)一步提高。