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            中國成功發射一箭十六星 我國逐步解鎖北斗系統天氣預報、地震預警等“黑科技”

               時間:2022-08-10 22:06:40 來源:航空與航天發表評論無障礙通道

              今天中午,我國在太原衛星發射中心使用長征六號火箭,成功將16顆衛星送入預定軌道。

              其中,“天津濱海一號衛星”和云遙一號04-08星等6顆衛星加裝了GNSS(全球導航衛星系統)掩星探測載荷。這些設備的重要作用是利用北斗等導航衛星信號,開展氣象預報、地震預警、海洋監測等領域研究和應用。

              北斗不是導航系統嗎,怎么也能做這些事?確實可以,這是導航衛星附帶的“彩蛋”,具有廣闊應用前景。

              GPS、格洛納斯、北斗、伽利略等衛星導航系統,基本原理都是衛星不停向地面播發帶有當前時間和自身位置信息的無線電波。接收機收到多個衛星的信息后,通過對比各信號時間差計算出自己在三維空間中的位置。

              顯然,如果無線電信號在傳播過程中因介質減速或者因折射“繞路”延遲到達接收機,位置計算就會出現偏差。常見干擾因素包括電離層、空氣、水蒸氣等等,它們造成的定位偏移可以高達數百米。不過人類通過多年觀察總結,已經建立起數學模型去盡力消除誤差,當前民用接收機已能夠達到10米精度。

              與此同時,也有科學家意識到,既然自然因素可以干擾衛星定位,是否可以通過定位信號的偏差量來“反推”電離層、空氣、水蒸氣等干擾因素狀態,并獲取有價值數據呢?

              這就是所謂GNSS遙感技術。自上世紀90年代起,人類開發出了3種實施方法。

              一種方法是在地面設立觀測站,如上圖的導航衛星 - 地面站。地面站位置經過精密測定,因此可以細致觀測衛星信號穿過大氣層產生的“畸變”。這種“畸變”與大氣中水汽含量密切相關,其觀測結果可以在降雨預測、水汽循環觀測中可以扮演重要角色。目前一些站點對極端暴雨的預報準確性達到了96%,已經具有極高實用性。

              但地面站需要逐一布設,不可能覆蓋廣袤的山區、海洋和沙漠,因此人類又設計出了掩星觀測技術,如上圖的導航衛星 - 遙感衛星1。其原理是使用遙感衛星接收穿過地球大氣抵達的導航信號,通過分析該信號推斷其所途經大氣的狀況。這一技術擺脫了對地面站的依賴,能夠將觀測范圍擴大到整個地球。

              此外,人們還可以在太空對地面反射的導航衛星信號進行觀測,如上圖的導航衛星 - 遙感衛星2。該技術用于水位觀測時,測量誤差已經可以控制在5厘米之內。

              以上只是GNSS遙感技術的部分應用。除此以外,這項技術還在土壤濕度監測、海洋觀測、地面沉降、風場觀測、地震預報等方面展現出了應用潛力。例如,科學家通過回溯歷史數據,發現汶川、日本東北等破壞性大地震發生前數天,地球電離層都出現一定異常,而這種異常能夠被GNSS遙感所觀測到。

            資料圖:遙感衛星

              因此,現在人們需要做的,是進一步完善相關預測模型,提高其實用性和準確度,而這離不開在地面和太空中部署更多的觀測設備以獲取足夠數據。幸運的是,GNSS太空接收機成本、體積、重量和能耗都很小,能夠以“附件”形式搭載于其它衛星之上,而無需以單獨衛星形式出現,非常便于普及。相信用不了太多時間,我們就能享受到更多由包括北斗在內的導航衛星帶來的“彩蛋”。

              原標題:一箭16星!我國逐步解鎖北斗系統天氣預報、地震預警等“黑科技”


             
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