气象卫星技术：把脉“天神”脾性
看过三国的人都知道，大战前，诸葛亮总是掐指算卜，有人认为他是为“天神”把脉，查看气象情况。其实他这一举动，并不是迷信，而是计算阴阳、寒暑、时制，来为军事行动作铺垫，“巧借东风”“草船借箭”便是诸葛亮掐指算卜的神来之笔。在现代战争中，气象仍是影响战争胜负的重要因素，希特勒兵败莫斯科就是由于没有估计到严寒的厉害，而没有做好充分的准备。但是现代战争中再也没有像诸葛亮那样神通广大的人物了，怎么来卜算天象呢？人们逐渐发展了利用地面气象站、气球、飞机、探空火箭和气象雷达等进行观测气象的方法，但这也只能得到局部地区的气象资料，而地球上有将近80%区域的气象情况是无法用常规方法观测的。怎么办呢？这就要靠气象卫星了。
气象卫星是从空间获取军事气象情况的重要手段，对全球天气监视和天气预报业务均有十分重要的作用。气象卫星主要有两种类型：极地轨道上的近地气象卫星和太阳同步轨道上的静止气象卫星。这两类卫星大都是军用与民用相结合，但也有专门的军用气象卫星系统。近地气象卫星离地面的高度一般在800千米左右。气象卫星上装有电视摄像机，它能够拍摄全球的云图。以前，我们只能从下往上拍摄云图，由于上层云被下层云遮住，所以往往拍摄不到上层云图。有了气象卫星，就可以解决这一困难。气象卫星上装有扫描辐射计。扫描辐射计的探头能敏感地探到一定波段的电磁辐射。当它对云层和大气扫描时，就能记下云层和大气在各个波段如可见光、红外、微波的辐射强度，转变成电信号以后，通过无线电波发送给地面。地面站接收以后，经过计算机处理，就可以得到云的形状、云顶高度、大气温度和湿度，海面温度和冰雹覆盖面积等信息。
气象卫星通常由气象观测专用系统和保障系统两部分组成。气象观测专用系统中的主要设备是气象遥感仪器。常用的气象遥感仪器有三种：一是多通道高分辨率扫描辐射计。它可以获得可见光与红外云图。太阳同步轨道气象卫星的可见光与红外云图的星下点分辨率都在1000米左右；地球静止轨道气象卫星的可见光云图的星下点分辨率为0.9～2.5千米，红外云图的星下点分辨率为5～12千米。二是高分辨率红外分光计，它可以获得大气垂直温度分布和水汽分布。三是微波辐射计，它配合高分辨率红外分光计工作，可以获得云层以下的大气温度垂直分布和云中的含水量。气象观测专用系统还包括星载磁带机和数据传输设备。军用气象卫星可以将全球范围内有关地区的气象资料记录在星载磁带机上，在卫星经过预定的地面接收台站时，将星载磁带机记录的气象资料高速发回地面。气象观测专用系统还包括数据收集系统，可以收集地面气象站、海洋自动浮标和设置在无人值守地区的自动气象站所获得的温度、压力、湿度等环境资料。保障系统包括结构、电源、热控制、姿态和轨道控制以及无线电测控等设备。
自1960年美发射“泰罗斯”1号第一颗气象卫星以来，世界上发射了许多类型的气象卫星。至今，美国和苏联已经发射了100多颗气象卫星。我国从1988年9月起至今发射了“风云一号”“风云二号”“风云三号”“风云四号”气象卫星。“风云一号”为太阳同步轨道试验气象卫星，轨道高度900千米，卫星上装有可见光和红外辐射计，工作在五个波段，可以日夜观测云层、陆地和海面温度等；“风云二号”卫星，为静止气象卫星，装有可见光、红外和水汽三通道扫描辐射计，是一种精密的光机扫描成像系统，具有大光学口径、高分辨率、高精度和高可靠性等特点，涉及光、机、电、热以及红外探测、辐射制冷和薄膜光学等多项技术，可连续对我国及其周边地区的天气变化进行实时监测，能较大地提高对影响我国各种尺度天气系统的监测能力，获得的云图资料可填补我国西部和西亚、印度洋上的大范围气象资料的空白，对国际气象合作，特别是对亚太地区灾害性天气监测做出贡献。
“风云三号”卫星是我国第二代极轨气象卫星。20世纪90年代初期，国家气象局便开始研究与该卫星建造有关的工作。该项目1993年3月列入国家航天计划；1994年7月评审并确认了使用要求和上星探测仪器，开始进行总体方案可行性研究；1996年8月通过总体方案可行性研究报告，确认关键技术；1998年10月基本完成卫星关键技术预研攻关，确认具备条件进入工程研制；2000年9月经国务院批准正式立项研制。“风云三号”卫星能提供全球温、湿、压、云和辐射等参数，实现中期数值预报；监测大范围自然灾害和生态环境；探测地球物理参数，支持全球气候变化与环境变化规律研究；为航空、航海和军事等提供全球任意区域的气象信息。“风云三号”是我国气象卫星工程建设中一种重要的业务应用卫星，将实现全球、全天候、多光谱和三维定量遥感。它的建造具有重要的战略意义，可缩短与国外的差距，能较好地满足我国经济建设和国防建设的需要。
“风云四号”是中国气象局和总参气象局设计的军民用户共用的新一代静止气象卫星，按照“军民综合应用”的原则进行设计，充分考虑了海洋和农、林、水利以及环境、空间科学等领域的需求。1999年11月，国家卫星气象中心召开了第二次“风云四号”使用要求专家研讨会，提出了“风云四号”的初步使用要求。它采用三轴稳定姿控方案，主要探测仪器为10通道二维扫描成像仪、干涉型大气垂直探测器、闪电成像仪、CCD相机和地球辐射收支仪，地球圆盘图成像时间为15分钟。
气象卫星通常是军民共用的，为了适应军事活动的特殊需要，及时获得全球范围的战略地区和任何战场上空的气象资料，也有专门的军用气象卫星。美国国防部于20世纪60年代开始研制专门的军用气象卫星，这些卫星都是极地轨道气象卫星，经过多次更新换代，已由BLOCK4A、4B、5A、5B、5C发展为BLOCK5D-1和5D-2等，其中BLOCK5D-2是最先进的一种。BLOCK5D-2卫星是改进型，它具有使用寿命长、灵活性大等特点。星上除装有业务行扫描系统（OLB）、微波温度探测器（MTS）、微波成像仪、大气密度探测器、多光谱红外探测器外，还配有冗余传感器、新式传感器和增大的传感器区域。90年代，美国还发射了新一代军用气象卫星，它装有新的微波遥感器，可提高气象预报的准确性，同时还将进行一些改进，使其具有更强的抗激光、抗电磁脉冲和抗有源干扰的能力。