風(fēng)云三號G星在軌示意圖。圖片來(lái)源：中國航天科技集團九院704所

聽(tīng)到火箭點(diǎn)火升空的轟響，正在測試廠(chǎng)房檢查數據的楊潤峰百感交集。

　　“就像養育多年的孩子，突然間真的離開(kāi)你了?！比涨敖邮芸萍既請笥浾卟稍L(fǎng)時(shí)，他這樣回憶雷達上天時(shí)的感覺(jué)。

　　今年4月16日，我國首顆降水測量專(zhuān)用衛星風(fēng)云三號G星發(fā)射升空，其主載荷是由中國航天科技集團九院704所研制的我國首套星載Ku、Ka雙頻降水測量雷達。截至記者發(fā)稿時(shí)，該雷達憑借犀利的“雙睛”，已成功探測到全球中低緯度地區降水的三維精細結構，捕捉到“瑪娃”“泰利”等臺風(fēng)降雨系統的三維立體結構。在8月份的華北暴雨雨情中，該雷達精準探測到降水三維精細結構信息，為防災減災提供了寶貴的觀(guān)測數據。

　　作為704所風(fēng)云三號G星降水測量雷達主任設計師，楊潤峰和同事們?yōu)樵摦a(chǎn)品辛勤奮斗了17年。當年意氣風(fēng)發(fā)的青年，如今已生出華發(fā)。

　　“雙管齊下”造雷達

　　我國處于北太平洋西部臺風(fēng)活動(dòng)帶，臺風(fēng)暴雨內澇一直是部分地區面臨的主要自然災害。

　　獲取降水資料，過(guò)去主要借助雨量計、地基雷達等手段，但受設備數量和分布位置限制，大范圍高空間分辨率的地面降水信息很難得到。1997年，美日聯(lián)合發(fā)射裝載降水雷達的TRMM（熱帶降雨測量任務(wù)）衛星，開(kāi)創(chuàng )了星載雷達探測降水的先河，也為我國新一代低軌風(fēng)云氣象衛星發(fā)展提供了借鑒思路。

　　21世紀初，704所科研人員開(kāi)始搜集材料，對星載降水雷達開(kāi)展前期研究。他們敏銳地覺(jué)察到，相比TRMM衛星所用的單頻雷達，雙頻降水雷達在實(shí)際應用中效果更好。

　　“Ku、Ka雙頻降水測量雷達，能將雷達觀(guān)測分辨率高和衛星觀(guān)測范圍廣的優(yōu)勢結合起來(lái)?！?04所微波遙感技術(shù)研究室主任江柏森介紹，Ku頻段有利于探測強降水，Ka頻段有利于探測弱降水，兩者同步工作可以擴大降水探測能力，哪怕是每小時(shí)0.2毫米的毛毛雨，也能精準感知。

　　此外，利用降水粒子對不同頻段雷達信號散射不同的特性，雙頻測量可以分辨雨、雪、冰雹等，探測降水過(guò)程中的液態(tài)、固態(tài)變化，這在氣象應用中十分重要。

　　當時(shí)，美日聯(lián)合實(shí)施的全球降水觀(guān)測計劃（GPM）啟動(dòng)不久，星載雙頻降水雷達在國際上也處于探索階段?！澳菚r(shí)我們就想，要做就做最好?！苯厣f(shuō)。

　　在2006年舉辦的氣象衛星發(fā)展論壇上，研制國產(chǎn)降水測量衛星成為共識。704所奮勇“揭榜”，扛下了衛星主載荷降水測量雷達的研制重任。

　　千方百計做“標尺”

　　這是我國首次研制星載降水測量雷達，方向新、技術(shù)也新，科研工作面臨諸多挑戰。

　　“該雷達各項指標要求非常高，有些要求在當時(shí)國內相控陣雷達產(chǎn)品上前所未有，設計、加工、制造困難重重?！睏顫櫡逭f(shuō)。

　　更難的是該雷達的定量化要求。楊潤峰介紹，以等效輻射功率為例，常規的雷達只是要求輻射功率大于指標即可，至于具體是多少通常不作要求。但對定量化雷達來(lái)說(shuō)，必須對雷達系統參數作精確定標，它要成為一把標尺，測量強度是多少、強度波動(dòng)是多少，都要有衡量標準。

　　這是研制團隊第一次做定量化雷達。怎樣把“尺”做準，他們只能慢慢摸索。

　　2010年7月，楊潤峰和同事們帶著(zhù)產(chǎn)品樣機到四川進(jìn)行測試調試。正值盛夏，天氣悶熱潮濕，蚊蟲(chóng)更是肆虐。楊潤峰清楚地記得，野外調試時(shí)，一位同事沒(méi)戴手套，僅右手手背上就被叮了26個(gè)包。

　　當年9月，測試調試初步完成，研制團隊又馬不停蹄奔赴江蘇鹽城，開(kāi)展機載掛飛試驗。

　　江柏森介紹，機載掛飛試驗需要同時(shí)具備幾個(gè)條件：要有降水，又不至于影響飛行；觀(guān)測高度要在6000米以上；天上要有氣象衛星過(guò)境，地面也要布設觀(guān)測設備，通過(guò)天、空、地一體觀(guān)測，才能對數據進(jìn)行比對驗證。

　　達到理想條件很難。江柏森穿著(zhù)羽絨服、吸著(zhù)氧，跟飛了7次，大多數無(wú)功而返。

　　與此同時(shí)，楊潤峰和同事們租住在鹽城市郊一個(gè)村莊里，在房頂上架滿(mǎn)觀(guān)測設備。由于TRMM衛星總是凌晨過(guò)境，他們只好半夜工作。奇怪的舉動(dòng)，一度讓房東和村民們異常困惑。

　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的掛飛試驗，研制團隊終于獲得了所需數據，為后續工程化研制奠定了基礎。

　　明察秋毫“辨”雨情

　　造雷達難，要讓它勝任天上的工作更不易。

　　與大多數星載雷達間歇性工作不同，降水測量雷達需要在風(fēng)云三號G星的6年設計壽命內不間斷開(kāi)機，意味著(zhù)它至少要連續工作約5.3萬(wàn)小時(shí)。其可靠性和長(cháng)壽命要求，成為研制團隊面臨的難題。

　　楊潤峰帶領(lǐng)設計團隊，在各種制約因素中探尋最佳平衡——通過(guò)優(yōu)化算法和資源配置，彌補高可靠性芯片處理能力弱的問(wèn)題；在滿(mǎn)足重量、體積、功耗等要求的同時(shí)，對系統級、單機級、軟件級等方面進(jìn)行冗余備份設計。

　　相比地面雷達，星載雷達是從天上往下看，面臨很多新問(wèn)題，例如地表回波會(huì )對探測形成干擾。江柏森說(shuō)，地表回波信號比降水回波信號強百萬(wàn)倍，如果不能很好地將其分離、消除，降水信號就測不準甚至測不到。對此，研制團隊開(kāi)展了大量創(chuàng )新攻關(guān)。

　　在該雷達面陣上，密集排列著(zhù)一行行縫隙，電磁波就從這些縫隙里輻射出來(lái)。江柏森介紹，這數萬(wàn)個(gè)波導縫隙由精密加工設備切成，其寬度、深度、角度各不相同，由此可以控制陣面中不同位置電磁波能量的大小和相位。這樣的設計能有效抑制干擾，解決很多在天上觀(guān)測帶來(lái)的問(wèn)題。

　　相比美日GPM衛星，風(fēng)云三號G星性能優(yōu)勢明顯?！霸谟^(guān)測幅寬上，我們的Ku、Ka波段雷達分別高出20%和140%；相同的靈敏度條件下，我們的‘CT’每250米掃描一層，精細程度優(yōu)一倍?！苯厣f(shuō)。

　　目前，降水測量雷達在軌測試運行穩定，研制人員手里的工作卻絲毫沒(méi)有松懈。在密切關(guān)注雷達在軌狀態(tài)的同時(shí)，他們已投入到其他星載降水測量雷達的研制，以及下一代降水測量雷達的攻關(guān)中。

　　“氣象工作與生命安全、生產(chǎn)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境緊密相關(guān)，是事關(guān)人民幸福安康的‘國之大者’?！?04所所長(cháng)于勇對記者說(shuō)，“雙頻降水測量雷達是我們邁出的第一步，未來(lái)我們將繼續在微波主動(dòng)氣象領(lǐng)域精耕細作，不斷推出更先進(jìn)的氣象遙感儀器，為我國邁向‘氣象強國’作出更大的貢獻！”（記者 付毅飛）