接力前行，他們為衛星打造“慧眼”

2017年11月15日凌晨，在太原衛星發射中心附近的一個山溝溝里，有兩個身影在靜靜等待火箭發射。他們是中國科學院上海技術物理研究所（以下簡稱上海技物所）研究員顧明劍和鈕新華。深秋時節，室外溫度為零下18攝氏度，兩人的眼中卻閃著熾熱的光。

倒計時、點火、發射、星箭分離……長征四號丙運載火箭成功將“風云三號D”氣象衛星（以下簡稱D星）送入運行軌道。這顆衛星上，搭載著兩個重要載荷——紅外高光譜大氣探測儀和中分辨率成像光譜儀。它們分別由顧明劍和鈕新華帶領的小組研制完成。

顧明劍和鈕新華小組同屬于上海技物所風云三號氣象衛星有效載荷研制團隊（以下簡稱團隊）。團隊曾獲得國家科技進步獎二等獎、中國科學院杰出科技成就獎、上海市科技進步獎二等獎等多個獎項，近日又收獲了一個新稱號——中國科學院第五屆“科苑名匠”。

上海技物所風云三號氣象衛星有效載荷研制團隊。

“團魂”：做國家最需要的科研

如果說，當時吸引團隊成員加入上海技物所的是國字號科研機構的金字招牌，那么如今使團隊堅守在大氣遙感探測領域的是“要做出對國家有用的科研成果”的信念。這是團隊在30多年實踐中不斷迭代形成的共同理念。

團隊里很多成員都有相似的經歷——大學畢業在上海技物所讀研究生，后來留所工作。“論文的研究結果要是能在天上驗證應用就太好了！”上海技物所研究員丁雷說，為了實現這個愿景大家留了下來。

我國自1990年開始論證第二代氣象衛星——風云三號系列。上海技物所隨之組建了一支平均年齡不到30歲的團隊，致力于為衛星打造“慧眼”，即各類探測氣象要素的載荷，以獲取各類大氣、生態環境等相關信息。

“每一顆衛星的載荷在性能上都要比上一顆有所提升”，這是團隊最基本的自我要求。有經驗的科研人員把控整體方向，年輕后輩憑借“初生牛犢不怕虎”的勇氣，大膽踐行新技術。

在顧明劍看來，擁有勇于承擔責任的集體意識及主動學習的能力，是團隊成員的突出共性。每個人都能在團隊中找到最適合的位置，充分發揮優勢，并在項目中歷練成長。

盡管頂著關鍵技術攻關和型號推進的雙重壓力，但團隊從不抱怨辛苦，只怕“不能解決問題”。沒有技術積累，就從基本原理出發思考解決方案；工程任務緊張，就把進度表細化到每個半天；遇到棘手問題，就第一時間召集團隊一起展開頭腦風暴……

鈕新華至今記得，剛加入團隊時，在一個項目的關鍵驗證階段，當時的室主任帶著他們熬了三天兩夜。

“預研階段人員有限、技術積淀相對較少，但是所里的老同志都知無不言，不遺余力地提供技術指導。”鈕新華對《中國科學報》說。

2008年，風云三號首顆衛星發射成功，其上搭載的中分辨率光譜成像儀采用了多項突破性技術，先后為汶川震后地理監測、臺風監測、暴雨監測等提供服務。而后的B星、C星……一直到今年5月正式投入業務運行的G星，每一顆衛星上的載荷都有技術創新。與此同時，團隊不斷發展壯大，如今有60余人，其中不乏年輕的“90后”“00后”。

風云三號F星中分辨率光譜成像儀Ⅲ型獲取的圖像。圖片均由上海技物所提供

此外，探測器、制冷機、光學薄膜等核心部件的研發得到了上海技物所其他團隊的全力支持。上海技物所研究員喬輝作為這些團隊中的一員見證了探測器性能的不斷提升。喬輝介紹，探測器由一個個微米級別的像元組成。每個像元的制備，從原材料生長開始，涉及幾十道工藝，有時可能僅僅是操作時忘記戴口罩，就會導致像元受污染而不能使用。“探測器最重要的參數是信噪比，即能夠將信號同背景噪聲進行區分。得到的像元還需要在顯微鏡下一個個仔細觀察，優中選優。”

經常有人問：“為什么你們的工作這么辛苦，卻干得這么開心？”鈕新華的答案是：“我們是一個大家庭，而且每個人都將載荷研制視為終生事業。”

聚力：面向國際最前沿

截至2023年底，團隊已為風云三號系列衛星貢獻了包含中分辨率光譜成像儀、紅外高光譜大氣探測儀、地球輻射探測儀、短波偏振探測儀、紅外分光計、掃描輻射計等在內的功能各異的29臺套先進載荷，均成功實現在軌應用，儀器性能達到并部分超過國際水平。

其中，D星的載荷大幅升級換代。團隊瞄準國際最前沿的高性能載荷技術指標，向更高精度、更高頻次、更長壽命的目標努力。

通常一顆衛星有效載荷的技術打磨需要10年左右，而團隊在短短5年間，創造了諸多歷史：世界上首臺可獲取全球250米分辨率長波紅外分裂窗區資料的成像儀器成功應用，我國第一臺極軌快速傅里葉光譜儀器在軌應用，臺風登陸等高影響天氣的預報時效提前到5~7天……

“原來我們只能看到云圖，D星之后真正實現了高光譜大氣垂直探測的三維觀測。”顧明劍解釋。

取得這樣的成績，背后邁出的每一步都不容易。

在一次紅外定標實驗中，團隊遇到了大麻煩。由于采用的是被動式輻射制冷方案，需要模擬太空中零下200攝氏度的極低溫環境，而這只有在特殊的真空罐中才能夠實現。實驗中出現了信號干擾，意味著儀器無法達到預期性能。

“我們當時想了各種常溫下的替代調試方案，但整整兩個星期都沒有進展。”顧明劍回憶。

調試—失敗—再試，為了盡快解決問題，每一個人都在挑戰自己的極限。幸而上海技物所還有很多“風云”前輩能夠給團隊出謀劃策。在想法的碰撞下，大家有了一個新的解決思路，并著手嘗試。第三周結束時，問題終于被解決了。

如今，設計壽命為5年的D星已在軌運行7年，其上的載荷也超額完成了任務。

接棒：勇于走到無人區

“無論是航班延誤，還是特大暴雨、農業減產，本質上都和天氣有關。”顧明劍說，“我們希望可以更早地對天氣作出預報，同時為應對極端天氣而努力。”

D星之后，團隊已進行全方位布局，年輕人開始嶄露頭角。2013年來到上海技物所的“90后”陳帥帥、江豐和成龍，開始接下前輩們遞過來的接力棒，以小組負責人身份，承擔起下一代氣象衛星載荷研制工作。

每天的清晨和黃昏，是地球能量交互變化率最高的時候，也是天氣極易驟然變化的時刻。風云三號E星是世界業務氣象衛星家族中首顆晨昏軌道衛星。團隊繼續瞄準國際領先，設計了要求極高的微光通道，實現了最終信噪比達11的國際領先的指標。陳帥帥深度參與了微光通道的研制工作。

風云系列首顆“降水星”G星，主要用于災害性天氣系統降水監測。江豐作為技術負責人，負責高精度基準比對傳遞定標器的研制。江豐和團隊一起，攻克了高光譜大動態探測、大范圍高精度指向、大量級衰減片標定和在軌定標傳遞算法等方面的一系列難題。

據悉，計劃明年發射的衛星上將搭載一個溫室氣體載荷。對于在氣象衛星載荷研制方面有豐富經驗的上海技物所來說，這依然是個全新的挑戰。進入與國際比肩的賽道，需要團隊走出不同于國際同類產品的技術路線，為的是使我國有能力在全球遙感平臺進行布局，提供全球溫室氣體數據。成龍和團隊前輩們一起，從零開始，正一步步把這個載荷從設想變為工程化產品。

“對我們來說，最開心的時刻，除了衛星發射、載荷正常運行外，就是看著團隊里的年輕人成長起來。”顧明劍告訴《中國科學報》，“這樣我們可以放心地把接力棒交給他們，相信在他們手里，我國氣象衛星載荷技術可以從與國際前沿并跑到領跑。”