風雲一號

1965年，美國發射了世界上第一顆實用性軍用氣象衞星“布洛克”一號，向全球播送數據信息，它的出現揭開了人類準確預測天氣的序幕。美國衞星數據全球播送後，中國接收美國氣象衞星輻射計的數據（雲圖），發現它在台風預報等方面有很好的效果 ^[12]  。

1969年初，一場雨雪冰凍災害波及半個中國。中國雖然能接收國外氣象衞星雲圖，但只是單純的“黑白圖像”，無法挖掘原始數據、反演各種氣象要素，應用受到極大限制。

1969年1月29日，中國國務院時任總理周恩來提出：“要趕快改變落後面貌，搞我們自己的氣象衞星。 ^{[1]  [8]}  ”

1970年5月，氣象衞星籌備組正式成立。經過一年多的準備，中央軍委1971年正式批覆組建衞星氣象中心站（即國家衞星氣象中心）。

1970年2月，周總理親自簽發中共中央、國務院、中央軍委文件，下達了研製氣象衞星的任務。由此，中國氣象衞星事業正式起步，開始了中國第一代極軌氣象衞星風雲一號（FY-1）的研製和發展工作 ^[13]  。

1970年5月，中國氣象衞星籌備組正式成立。風雲一號工程總設計師是任新民 ^[29]  。

1971年，中央軍委正式批覆組建衞星氣象中心站（即國家衞星氣象中心） ^[22]  。

1974年起，中國國家衞星氣象中心開始組織衞星資料接收處理系統的可行性研究。

1987年12月26日，經過兩年選址、8年建設，北京、廣州、烏魯木齊三地氣象衞星地面站建成。風雲一號氣象衞星資料接收處理系統通過國家驗收 ^[22]  。

1977年，風雲一號氣象衞星總體初步方案論證完成，全面開展工程研製。同年11月，中國國防科委在上海召開氣象衞星大總體方案論證會，確定氣象衞星工程代號為“七一一”工程，對氣象衞星的技術指標進行可行性論證，明確了衞星、火箭發射場等後續任務的分工和進度，並確定了中國第一顆太陽同步軌道氣象衞星命名為“風雲一號”，同時調整風雲一號總體設計方案，在原設計3個氣象觀測通道基礎上增加2個探測通道用於海洋水色觀測，使得風雲一號兼有氣象和海洋觀測的雙重功能 ^{[13]  [27]}  。

1985年10月，風雲一號氣象衞星工程被列入中國國家“七五”期間衞星型號發展的重點項目 ^{[1]  [8]  [11]  [13]}  。

1987年12月26日，風雲一號氣象衞星資料接收處理系統通過國家驗收 ^[22]  。

風雲一號衞星的主體為1.40x1.40x1.20米六面體，表面包紮有熱控制用的超絕熱層。衞星對地面裝有天線羣及其統一反射板、紅外地平儀和二台掃描輻射計，其中之一為冷備份機。輻射計的輻射致冷器朝向冷空間，將紅外探測元件冷卻至105K工作温度。在衞星主體的左右兩側面各裝有三塊太陽電池陣板及其支撐板一塊。為保障遙感到的圖象質量，衞星採用近極地太陽同步軌道運行。衞星軌道平面由東向西逆地球自旋方向後退，它以及太陽電池陣板與太陽光線的夾角在一年內變化小於±10度，衞星經過地球上任一地區時的當地時間每天近乎相同，偏移甚慢。為此，發射的軌道需要相當精確，且發射的時間窗口要適當選擇。風雲一號衞星在軌道上的姿態穩定方式是對地定向的三軸穩定，使太陽 能電池帆板保持在軌道平面內。風雲一號A星的外形如下圖所示 ^{[16]  [21]}  。

風雲一號衞星結構分系統由衞星主體的殼體、儀器安裝板、承力圓柱筒和錐形筒、殼體蒙皮、與火箭連接段以及太陽電池陣結構共五個部分所組成。太陽電池陣結構包含四個部分，即基板、支撐板、壓緊鎖定及展開機構。在與衞星運動方向垂直的兩個側面上各裝有一塊支撐板和三塊基板。在太陽電池陣伸展後衞星跨度為8.6米，高米0.955米。基板、支撐板以及天線羣的統一反射板均用碳纖維鋁蜂窩結構材料製成 ^[16]  。

風雲一號衞星電源分系統由太陽電池陣、鎳鎬蓄電池、調壓器及電源損耗器組成。單片尺寸2x2釐米的硅太陽電池片粘貼在六塊基板上。按AMO標準在25℃時單片效率大於12%。輸出最大功率為830瓦。調壓器輸出的有效功率為300瓦。衞星的最大負載是270瓦而晝夜平均為250瓦。當軌道上日照角度較小時輸出功率會超過需要，其多餘部分由裝在支撐板上的電源損耗器向空間散發掉。在軌道陰影區時鎳福蓄電池組提供整星工作電能 ^[16]  。

風雲一號衞星採用等温化和局部温度控制的混合方案。被動温控為主，以多層鍍鋁滌綸薄膜組成的超絕熱層包紮於主體表面。主體內表面和星內各單機與部件的表面全都噴塗上高輻射係數的黑漆或經陽極化處理為黑色。在裝有太陽電池陣板的兩個側面上各裝置有二隻温控轉盤，以自動調節散熱面積。儀器安裝板上裝有熱管，減少板上温度梯度 ^[16]  。

風雲一號衞星姿控系統具有二種功能，即衞星入軌後自動捕獲對地姿態，之後保持星體始終指向星下點，以保障掃描輻射計為獲取圖象而所需的定位精度和平行線掃描。採用數字化自動控制方案。由姿態測定、姿態控制及執行機構三個部分所組成。含有二台園錐掃描紅外地平儀以測量滾動及俯仰軸的對地姿態三台速率陀螺，它們與紅外地平儀構成軌道羅盤以對偏航姿態作估值，三台正交安裝的零動量反作用飛輪，保持三軸對地姿態並吸收干擾力矩三對噴咀，在捕獲姿態過程中提供所需控制力矩，在衞星運行中當飛輪飽和時起去飽和作用，一台數字式控制計算機三個壓縮氮氣瓶以及氮氣管路。指向精度為滾動與俯仰方向小於0.5度，偏航則小於1度。姿態穩定度為三軸向均0.005度/秒，飛輪動量矩為±1.2牛頓·米·秒 ^[16]  。

風雲一號衞星的遙感和環境監測分系統由兩台裝置組成：

1、多光譜可見光紅外掃描輻射儀（MVISR），用於獲取晝夜可見光、紅外雲圖，冰雪覆蓋、植被、海洋水色、海面温度等。FY-1A/B上搭載的有五個通道，FY-1C/D上搭載的通道數增加到10個。兩台多光譜可見光紅外掃描輻射儀，互為備份 ^[19]  。

2、空間環境監測器（SEM），可實現對太陽X射線、高能質子、高能電子和高能重粒子流量的多能段監測，用於開展空間天氣監測、預報和預警業務 ^[20]  。

風雲一號衞星圖像傳輸分系統由實時傳輸圖象APT和高分辨率圖象傳輸HRPT，以及記錄回放或稱延時圖象傳輸DPT三種傳輸部分所組成。APT和HRPT各有二台載頻不同的發射機，各互為頻率和可靠性備份。二台HRPT發射機各有一天線。二台發射機通過射頻開關任選其一輸出，與跟蹤信標發射機雙工共用一發射天線。延時圖象傳輸部分含有一台VHF發射機和二台磁帶記錄器，其中之一作為備份。DPT發射機與另一跟蹤信標發射機雙工共用一發射天線。磁帶記錄器記錄輻射計的4千米模擬圖象信號、磁帶記錄器晃抖修正用信號以及延時遙測信號。磁帶記錄器由星載計算機控制按地面注入程序對選定的區域進行記錄。衞星進入資料接收大站作用圈之前DPT發射機預熱，之後磁帶記錄器快速回放，衞星離開作用圈時，DPT發射機與磁帶記錄器關機。該動作均系按程序控制自動完成的 ^[16]  。

風雲一號衞星測控分系統由跟蹤測速、遙測和遙控三個部分組成。遙測為PCM制，有實時和延時的（即磁帶記錄器錄放）二種。遙測信號有星上的工程遙測參數和宇宙線成分監測資料 ^[16]  。

02批衞星在01批星的基礎上，改進了姿態控制系統的可靠性和掃描輻射計的性能，將5個通道增加到10個；甚高分辨率圖像傳輸（HRPT）數傳碼速率相應提高一倍，由0.6654Mbps提高到1.3308Mbps；星上裝置了固態存儲器，實現了延時圖像傳輸（DPT）的數字化。這一系列的改進使02批星性能得到大幅度的提高，壽命都大大超過2年的設計壽命 ^[1]  。

風雲一號氣象衞星各型的數據通道不同，具體波長為：

FY-1A/B星的數傳方式為：HRPT的碼速率為0.6654Mbps，工作頻率為1670~1710MHz，信息格式與NOAA衞星基本相同；高分辨率圖像傳輸（HRPT）和延時圖像傳輸（DPT）為模擬信號。

FY-1C/D星的數傳方式為：HRPT的碼速率為1.3308Mbps，載波頻率為1700.4MHz；DPT的碼速率為1.3308Mbps，載波頻率為1708.46MHz，可獲取4個通道（通道1、2、4、5）、空間分辨率3.3千米的全球資料 ^[1]  。

風雲一號衞星的主要任務是通過甚高分辨率掃描儀來獲取全球氣象信息，並通過一定的傳輸手段向中國國內和中國國外的氣象衞星地面站發送。在衞星儀器設計中考慮為發展中國家服務，當時世界上有30餘國設置有S波段的高分辨率實時圖象HRPT接收站80多個；120餘國家（主要是發展中國家）設置價廉有效的VHF實時圖象APT接收站1000多個。上海航天技術研究院除在風雲一號星上裝有HRPT發送通道外，還設置了APT發送通道。為使用户能利用原有的接收設備接收到圖象，研製方將該衞星的APT和HRPT發射信號設計得足夠強，發射頻段、調製體制及信息格式儘量與美國的業務氣象衞星Tiros-N/NOAA的相一致 ^{[16]  [21]}  。

風雲一號衞星搭載的紅外與可見光掃描輻射計二台，其中一台為備份。輻射計具有下述三個功能：

1、輸出900千米高度時星下點分辨率1.1千米的數字化圖象信號。

2、經地面遙控可以從第①、②、⑤通道中任選二個通道，輸出經線性均勻化分辨率為4千米的模擬圖象信號。

3、各通道都在實驗室內經過可見光或紅外標定，能定量地遙感測量目標物的輻射強度。該輻射計由光學掃描光學系統、電子設備及輻射致冷器組成。電子設備包括前置放大器和信息處理器以及頻標器 ^[16]  。

風雲一號衞星上裝有宇宙線成分監測器一台，用於觀測宇宙線和內輻射帶質子、α粒子、碳、氮、氧和鐵六種粒子成分，測量軌道上帶電粒子總計數，通過實時及延時遙測通道發送下來。觀測任務有四個太陽宇宙線成分、內輻射帶粒子成分、銀河宇宙線低能異常成分、測量帶電粒子總數和提供軌道上地球極區及輻射帶的空間環境 ^[16]  。

1988年6月25日，風雲一號A星在上海航天技術研究院通過評審出廠，運往發射基地 ^{[2]  [22]}  。

1988年9月7日4時30分19秒，風雲一號A星由長征四號火箭發射進入預定軌道 ^{[4]  [21]}  。

1988年9月7日6時9分，風雲一號A星的第一幅可見光雲圖回傳。照片上圖像清晰、紋理清楚、層次分明。3小時後，該衞星雲圖在世界面前亮相 ^[22]  。

1988年10月16日，風雲一號A星只搭載了高能粒子和重離子探測器，因遭遇強烈的太陽活動，衞星發生太陽單粒子翻轉事件，導致衞星姿態失控，在軌運行工作39天 ^{[3]  [23]  [27]}  。

風雲一號衞星是中國極軌氣象衞星系列，分為兩個批次，各兩顆星。01批作為試驗衞星的風雲一號A星（FY-1A）發射升空後，風雲一號B星（FY-1B）、02批的正樣衞星風雲一號C星（FY-1C）和風雲一號D星（FY-1D），分期陸續發射入軌 ^{[1]  [11]  [13]}  。

風雲一號C星因其在軌運行的穩定性和獲取數據的準確性，而被世界氣象組織正式列入世界業務極軌氣象衞星序列，成為中國第一顆被列入世界氣象業務的衞星，並榮獲2001年度中國國家科學技術進步獎一等獎 ^{[1]  [10]}  。

截至2016年，風雲一號衞星共榮獲中國國家各類科技進步獎30多項 ^[10]  。

2018年12月9日，中國航天科技集團有限公司八院抓總研製的風雲系列氣象衞星獲第五屆中國工業大獎 ^{[24]  [26]}  。

風雲一號氣象衞星可探測全球晝夜的雲圖、地表圖像、海洋水色圖像、水體邊界、海洋麪温度、冰雪覆蓋和植被生長，用以獲取全球性氣象信息，向全世界氣象衞星地面站發送氣象資料，並具有探測空中粒子成分的功能 ^{[1]  [17]}  。（中國國家衞星氣象中心、《中國航天》 評）

風雲一號氣象衞星是中國自行研製和發射的第一顆傳輸型極軌遙感衞星，填補了中國應用氣象衞星的空白，標誌着中國空間技術與氣象現代化建設邁出了新的一步，並躋身世界少數幾個有能力自己研製、發射和運行氣象衞星國家的行列，告別了完全依賴外國氣象衞星數據的歷史 ^{[4]  [11]  [18]}  。（中國國家衞星氣象中心、科學網、中國空間技術研究院 評）