2020年12月22日，我国新一代运载火箭长征八号首飞成功，一箭五星。这枚新型火箭装载了天津大学李凤辉博士自主研发的“大梦”——云遥GNSS(GNSS是全球导航卫星系统的简称——编者注)掩星探测有效载荷，将发射的远光卫星成功送入轨道，标志着一次成功。
建成后的“云耀星座”将成为全球领先的商用气象星座，生产中国人自己的气象数据，开启全球精准气象新时代。
打造气象领域的“北斗系统”
未来三年，“云耀星座计划”的研究人员将在80颗人造地球卫星上放置一个可以收集地球海量信息的神秘盒子，与大小卫星一起进入太空，组成人类创造的星座——云耀星座。
届时，仿佛80双“千里眼”正在从太空中眺望地球，云耀星座将形成覆盖全球各个角落的气象观测网络，这意味着人们将比现在更清楚地了解地球每时每刻的“身体状况”和“情绪变化”。比如天气预报会精确到20分钟，地震预警可以提前到小时。
更好地了解每个人赖以生存的地球的气质，具有重要的现实意义。中国幅员辽阔，是世界上自然灾害最严重的国家之一。干旱、洪水、台风、高温、寒害、地震等自然灾害频繁发生，往往给社会经济带来严重损失。一直以来，对大气和海洋的全面快速探测是我国防灾减灾十分关注的方向。
近年来，随着我国综合实力的快速提升，卫星导航定位系统、气象和海洋监测服务系统、林业和渔业生产制造系统、武器装备应用支撑系统的使用和成效，都更加离不开对地球大气、电离层和海洋环境信息的有效了解和利用。
“我们希望通过全球联网，填补中国深空探测的空白。”李凤辉领导的天津云耀航天科技有限公司拥有一支年轻的科研团队，核心成员为原航天科技集团资深设计师和气象行业专家。他们希望以小投入、大收益的方式，建立一个集全球空间气象数据生产和应用推广于一体的综合服务平台，从而打破这个行业被国外技术垄断的一个口子。
李丰慧举例说，由于没有自主研发的全球远洋天气路由系统，中国远洋船舶不得不使用国外公司的天气路由服务。不仅每年要支付几十亿的服务费，还要随时向对方报告船舶的技术数据、船舶动态、货物信息。这不仅是商业秘密的暴露，也是对国家安全的潜在威胁。“云耀星座计划”就是要打破这种“卡脖子”的局面。“生产中国人自己的气象数据，就像气象界的北斗系统。”李凤辉做了一个形象的比喻。
掩星载荷“小图”能量大
那些卫星上搭载的、绕地球运行的“神秘盒子”，就是李凤辉团队历时数年研发的云远程GNSS掩星探测载荷。这种新型星载遥感综合探测设备可以连续探测0~60km大气的折射率、温度、湿度和气压，100~800km电离层的电子含量和电子密度，可以为地球表面大气和电离层的研究提供重要数据，对天气预报、全球气候变化和地震预测具有重要价值。
“掩星”的概念来源于天文学，指一个天体被另一个天体遮掩的天文现象。聪明的科学家发现，如果利用自然界的光学掩星事件，可以探测到遥远恒星的大气结构。这种探测方法也适用于地球。人们可以利用人造地球的无线电掩星事件来测量地球的电离层和中性大气
GNSS掩星大气探测是一种利用地球轨道上“GNSS导航星座-地球-LEO卫星星座”之间的掩星事件来测量地球大气的气象遥感技术。
当运行中的低轨卫星逐渐远离或靠近某颗导航卫星时，后者发出的导航信号刚好穿过大气层，被前者的掩星天线接收，发生GNSS掩星事件。
在一次GNSS掩星事件的过程中，GNSS导航信号就像一把无形的尺子，把地球的电离层和中性大气剖面切割出来。通过该剖面的GNSS导航信号会由于电离层电子密度和大气水汽密度的影响而改变其传播特性。因此，通过处理GNSS掩星观测数据，可以反演0-60 km高度的中性大气温度和湿度剖面以及100-800 km高度的电离层电子密度剖面。
掩星星座还接收北斗、GPS、GLONASS等导航星座的掩星信号，每天可观测到约7000次掩星事件。掩星测量可以在全球范围内24小时实现大气弯曲角、折射率、密度、温度、湿度、气压、电离层电子密度的测量。数据可以每10-20分钟更新一次。目前，我国在轨的7颗风云气象卫星一般每4-5小时更新一次数据。
云遥团队装载了GNSS探测有效载荷，全球导航卫星系统体现了卫星遥感技术(简称GNSS-R)，这是一种全新的遥感技术概念。它不需要单独的信号源发射机，而是利用反射的导航卫星伪随机测距码信号或载波信号，通过测量反射信号的时延、相关功率波形等信息，进行海面高度、海面风场或土壤湿度、植被覆盖、海冰探测、干雪厚度等的反演。
目前，在这个仅重两公斤的有效载荷中，已经收集了近百项专利。它不仅体积小、重量轻，而且成本低、功耗低，很容易在各种人造卫星中找到自己的“小位置”。更重要的是，它具有较高的时空分辨率，可以同时探测全球多个区域的掩星数据，实现从大气到电离层的连续探测。
以较小的成本在3年内实现全球联网
2020年1月15日，云遥团队在完成国内首个商用GNSS掩星探测载荷发射后，成为国内首个商用G。
NSS探测载荷研制单位。搭载长征八号火箭的这次发射已经是他们团队送上太空今年的第三个掩星载荷，随着中国向航天强国迈进的步伐，2021年“云遥星座计划”将进入布网快车道，计划2023年全球组网初步完成。目前该团队已经形成了从“载荷设备研制→卫星搭载→数据反演处理→数据销售”完整的产业体系，已与科工集团二院、科工集团四院、科技集团八院、长光卫星等卫星研制单位开展合作。李峰辉期待着，通过云遥牵手上下游产业共同发展，形成的实时全球电离层大气层探测系统服务于全球的地震短临预报及气象预报。
李峰辉表示，随着整个国家航天事业的发展以及商业航天市场的拓展，这些采集来的数据也有越来越广阔的应用场景，“比如未来要实现真正的无人驾驶，就需要更精密的参数作为指引。”李峰辉表示，目前正在建设数据服务平台，面向行业用户提供精准服务。
对李峰辉和他的团队而言，这个把满天星斗揽入怀中的征途，也让这群年轻人找到了自己人生的“北斗”。眼下，他们正在布局更多的探测载荷，并不断对海量数据进行深度挖掘，致力于为“一带一路”国家提供实时性优于20min的地震短临预报信息及气象预报信息，让航天技术成为中国走向世界的新名片。
（据《中国青年报》）
来源： 呼和浩特日报
