中国の風雲気象衛星：ゼロから50年で世界をリードする衛星へ

1969年1月、強い寒気の襲来により、長江と黄河の流域で深刻な氷害が発生し、我が国の広範囲にわたる通信と交通の遮断を引き起こしました。この壊滅的な天候は米国の気象衛星によって監視されていた。 1969年1月29日、周恩来首相は中央気象局（旧中国気象庁）などの代表者と会談し、後進性を変えるための措置を講じ、独自の気象衛星を開発すべきであると指示した。これは中国の気象衛星開発の始まりとなった。

脚本：董耀海、陳文強、楊俊

風雲気象衛星の開発は、我が国の改革開放と科学技術の発展の縮図です。航空宇宙および気象関係者による50年以上にわたるたゆまぬ努力と独自の革新により、気象衛星は現代の気象サービスと国家の経済建設に欠かせない科学技術サポートとなっています。風雲気象衛星の観測データは、気象、海洋、農業、林業、水利、航空、航行、環境保護の分野で大量の公共福祉、専門的、意思決定サービスを提供しており、大きな社会的、経済的利益を生み出しています。現在、風雲気象衛星は我が国の民間リモートセンシング衛星の中で、最高の効率と最も広い応用範囲を持つ衛星の一つとなっている。

中国の気象衛星の開発の歴史

我が国は1970年代に気象衛星の開発を開始し、現在では第2世代まで開発を進めています。このうち、風雲1号は中国の第一世代の極軌道気象衛星、風雲2号は中国の第一世代の静止軌道気象衛星、風雲3号と風雲4号はそれぞれ中国の第二世代の極軌道気象衛星と静止軌道気象衛星である。

わが国は、1988年9月7日に初の気象衛星である極軌道気象衛星「風雲1号」を打ち上げて以来、30年以上の開発期間を経て、合計19機の「2世代4種類」の極軌道気象衛星と静止軌道気象衛星の打ち上げに成功しました。 2021年10月現在、合計8機の気象衛星が軌道上で安定的に運用されています。極軌道気象衛星と静止軌道気象衛星は中国の気象衛星監視システムを形成し、ネットワーク化された観測の運用化を実現しています。中国は米国と欧州に次いで世界で初めて2種類の軌道気象衛星を同時に保有する国となり、世界気象機関の宇宙統合地球観測ネットワークの重要な柱となっている。

現在、国内2,700人以上のユーザーと120以上の国と地域が風雲の気象衛星データを受信・利用しています。風雲気象衛星は世界気象機関の国際気象衛星リストに登録されており、地球規模の気象観測の主要衛星となっている。

我が国の気象衛星は、無から有へ、弱から強へ、そして外国の衛星を追随するものから並走するものへ、そして部分的に世界をリードするものへと飛躍してきました。現在では高低軌道ネットワークによる地球観測能力を有し、その総合的な性能は世界最先端のレベルに達しています。

最初の極軌道気象衛星

1970年、我が国は第一世代の極軌道気象衛星の開発を決定し、衛星開発の任務は新設された上海航空宇宙基地によって引き受けられました。 1977年、国家気象衛星計画実証会議が上海で開催され、中国の気象衛星にとって新たな時代の幕開けとなりました。我が国の第一世代の気象衛星の開発は、ゼロから始まったと言えます。 10年以上の研究開発を経て、風雲1A号は1988年に打ち上げに成功しました。

風雲1号Aは高さ1.2メートル、長さと幅がそれぞれ1.4メートルの長方形の衛星です。左右のソーラーパネルを開いた時のスパンは8.6m。衛星の重量は750kgで、高度901kmの太陽同期軌道を周回する。この衛星は、昼夜の可視光、赤外線雲画像、氷雪量、植生、海色、海面温度などを取得する5チャンネルのマルチスペクトル可視光赤外線走査放射計を搭載しており、その性能は当時の米国の第3世代極軌道気象衛星に匹敵する。風雲1号Aが軌道に乗って間もなく、機器から放出された水蒸気が赤外線検出器を汚染し、性能指標の低下を引き起こしていることが発見されました。衛星打ち上げから39日後に事故が発生した。衛星は強い太陽活動に遭遇し、搭載されたコンピューターが太陽からの高エネルギー粒子に当たってひっくり返った。返送された画像は歪んでおり、衛星の姿勢は飛行方向に沿って大きく偏向していた。地上管制センターは衛星の姿勢を制御できず、風雲1号Aはついに完全に制御を失い、広大な宇宙空間に消えていった。

風雲1号Bは1990年9月3日に長征4号ロケットを使用して打ち上げられました。汚染防止設計と保護対策を採用し、衛星の軌道上画像の品質は良好で、期待を上回りました。姿勢制御システムは風雲1Aに比べて大幅に改善されたが、システムの信頼性設計に欠陥がある。軌道上で165日間正常に動作した後、搭載コンピューターの突然の故障により、衛星の姿勢が制御不能になった。 75日間にわたる継続的な救助活動の後、通常の運行を再開しました。しかし、搭載されたコンピューターは宇宙環境の影響を受け、動作が不安定になってしまった。衛星は1991年11月まで断続的に稼働し、軌道上で合計285日間正常に運用されました。

風雲1号Aと風雲1号Bの打ち上げにより、我が国の航空宇宙関係者は、光学リモートセンシング機器の汚染、軌道上の宇宙環境の影響、システムの信頼性など、一連の前例のない困難を初めて認識することになった。風雲1号Cは経験と教訓から学び、一連の改良を経て、衛星の検出性能、宇宙環境への適応性、システムの信頼性が大幅に向上しました。風雲1号Cは1999年5月10日に打ち上げられ、設計寿命は2年でした。軌道上で安定して運用され、耐用年数を超えて2004年6月まで運用され、中国の気象衛星の長寿命、高信頼性、継続的かつ安定した商業運用の新時代を告げた。風雲1D号は2002年に打ち上げられ、10年間軌道上で安定して運用された。

風雲1Cは、その優れた性能と安定性により、2001年に国家科学技術進歩賞の一等賞を受賞しました。これは20世紀末の中国における三大出来事の一つに数えられ、中国千年紀記念碑に刻まれました。 2000 年 8 月、世界気象機関は風雲 1C を地球規模の気象衛星シリーズに組み込み、全球地球観測システム (GEOSS) の重要なメンバーとしました。風雲1号Cは、欧米諸国の気象衛星とともに、地球の大気、海洋、表面環境を全天候型、3次元的、継続的に観測する衛星観測ネットワークを形成し、人類の地球システムに対する総合的な観測能力を大幅に向上させた。

我が国の気象衛星産業は諸外国に比べると遅れて始まりました。できるだけ早く国際的な気象衛星観測の先進レベルに追いつくために、我が国の航空宇宙関係者と気象関係者が協力し、気象衛星開発における「小さな一歩、速い進歩」という開発理念を提唱しました。具体的には、諸外国の同世代衛星の地位が完全に一致しているという考えを捨て、我が国の同世代衛星はそれぞれが前世代の衛星に比べて性能が向上していることを容認し、4機の衛星世代の開発で欧米の第5世代極軌道衛星の開発成果に追いつくことを意味している。風雲1号C、D衛星の性能指標は風雲1号A、B衛星に比べて大幅に向上し、リモートセンシング機器の観測バンドは5から10に増加し、バンド数が2倍になった。衛星寿命の要求は1年から2年に延長され、その性能指標は当時の国際先進レベルに完全に達しました。

こうした成果を前に、我が国の航空宇宙・気象関係者は満足してはいません。我が国の経済社会の急速な発展に伴い、風雲1号衛星に搭載されたリモートセンシング機器は気象近代化のニーズを満たすことができなくなったため、我が国の第二世代極軌道気象衛星の開発提案が再び提出されました。 「一世代装備、一世代開発」を掲げ、風雲1号衛星の開発と同時に、第2世代極軌道気象衛星の実証実験を開始した。

第一世代の静止気象衛星

我が国初の静止気象衛星「風雲2A」は、1997年6月10日に打ち上げられました。それ以来、8機の「風雲2」衛星が打ち上げられました。

風雲2号衛星は初めて「軌道上の複数の衛星、協調操作、相互バックアップ、タイムリーな暗号化」という動作モードを実現した。 2つの衛星の共同作業により、地球全体の画像を取得するのにかかる時間が、単一の衛星の場合の30分から15分に短縮され、中国地域の観測は6分ごとに行われるため、利用効率が向上し、中国全土の総合的な気象監視機能が大幅に強化され、中国と世界の気候監視と天気予報にリアルタイムの動的データを提供します。

風雲2号衛星に搭載されている主なペイロードであるマルチチャンネル走査放射計は、光学リモートセンシング機器です。衛星の西から東への回転運動と、放射計望遠鏡の北から南への移動を利用して、地球の二次元観測を実現します。可視光、赤外線、水蒸気を含む5つのバンドを持ち、地球の大気現象と急激な変化を同時にリアルタイムで連続的に観測・監視し、毎日28枚の20°×20°の地球パノラマディスク画像を取得します。 （洪水期）暗号化観測では、1日48回雲画像（パノラマディスク画像28枚、北半球画像20枚）を取得できます。柔軟でモバイルなビジネス ニーズに応じて、自国および周辺地域のクラウド イメージを 1 イメージあたり 5 ～ 6 分の頻度でスキャンできます。

風雲2号衛星は、世界の気象衛星観測ネットワークにおいて重要な位置を占めています。これまで、東アジア全体、特にインド洋や青海・チベット高原地域の衛星観測は非常に不十分でした。風雲2号衛星は東経105度に位置している。その位置により、地球観測システム全体にとって不可欠な部分であることが決定されます。得られた観測データは、国際気象学会、さらには地球科学界に貢献しています。世界気象機関の宇宙計画では、風雲2号衛星は世界の天気と気候の観測を担う基幹気象衛星として位置づけられている。

風雲2号衛星の打ち上げ履歴

風雲2号衛星の運用応用は、気象、海洋、農業、林業、水利、航空、航行、環境保護などの分野で多数の公共福祉と専門サービスを提供してきました。世界気象衛星機構の国際運用応用気象衛星シリーズに含まれており、地球規模の宇宙ベースの統合観測システムの重要な一部となり、世界各国のユーザーにサービスを提供しています。

我が国は、1997年6月に初の静止気象衛星の打ち上げに成功した後、2004年10月19日に風雲2号C、2006年12月8日に風雲2号Dの打ち上げに成功し、初めて「相互バックアップによる二重衛星運用」と静止気象衛星の商用運用を実現しました。そのうち、風雲2C衛星とその地上応用システムは、2007年に国家科学技術進歩賞の一等賞も受賞しました。

風雲1号と風雲2号の打ち上げ成功により、我が国は気象予報衛星データに関して長年外国の衛星に依存してきましたが、この依存から脱却しました。それ以来、我が国は極軌道と静止軌道の両方の気象衛星シリーズを保有する国となりました。

第2世代極軌道気象衛星

2000年9月、政府は風雲3号衛星プロジェクトを承認した。 8年間の研究開発を経て、中国初の第二世代極軌道気象衛星「風雲3A」は2008年5月27日に打ち上げられ、風雲3Bは2010年11月5日に打ち上げられた。風雲3Aと風雲3Bの2つの実験衛星の打ち上げと運用の成功により、中国の第二世代気象衛星は運用段階に完全に突入した。風雲3号衛星は風雲1号衛星の地球気象観測ミッションを完全に引き継ぎました。それ以来、我が国は2013年9月、2017年11月、2021年7月にそれぞれ風雲3号C、D、E衛星を打ち上げました。

風雲3Aの質量は2298.5kgです。 3軸安定姿勢制御方式を採用し、可視光赤外線走査放射計、赤外線分光計、マイクロ波温度計、マイクロ波湿度計、中分解能分光イメージング装置、マイクロ波イメージング装置、紫外線オゾン全量検出器、紫外線オゾン垂直検出器、地球放射線検出器、太陽放射線モニター、宇宙環境モニターの11個のペイロードを搭載しています。 90 以上の検出チャンネルを備えており、昼夜を問わずあらゆる気象環境を検出できます。地球規模のスキャンは 1 日に 2 回実行でき、各スキャンは 2,900 km の幅をカバーします。衛星に搭載された垂直検出器は、地表から30km以内の大気を立体的に観測することができ、天気予報の精度と正確性を大幅に向上させます。

風雲3Aが生み出した数々の初物

世界初の民間夜明け・夕焼け軌道気象衛星「風雲3E号」（通称ドーン）が2021年7月5日に打ち上げられた。高度830kmの太陽同期夜明け・夕焼け軌道で運用され、夜明けの気象観測データを世界に提供している。この打ち上げにより、我が国の暁夕軌道気象衛星技術の空白が埋められ、風雲3号C、D号とともに「朝軌道、昼軌道、暁夕軌道」の3星ネットワーク観測が実現しました。風雲3E衛星に搭載された風場測定レーダーは、全球海面風場の検出を実現します。搭載された太陽観測機器により、宇宙天気擾乱の源である太陽の画像観測を実現します。

風雲3号極軌道気象衛星の技術指標は欧米の最新世代気象衛星のレベルに達し、2次元リモートセンシング画像から3次元総合大気検出、単一光学検出から全帯域広帯域検出、キロメートル級観測から百メートル級観測、国内ネットワーク受信から地球ネットワーク受信まで、数々のブレークスルーを達成した。風雲3号衛星は、大規模な自然災害や生態環境の監視、地球環境の変化、気候変動の法則、災害の軽減と予防の研究において重要な役割を果たしてきました。また、航空、航行、その他の部門に世界的な気象情報を提供することもできます。世界気象機関はこれを新世代の世界極軌道気象衛星ネットワークに組み入れた。

風雲3号は我が国の第二世代の極軌道気象衛星であり、地球規模で全天候、多スペクトル、三次元、定量的な検出を行うことができます。主に中期数値天気予報のための気象パラメータの提供や、大規模な自然災害や生態環境の監視を行っています。同時に、地球環境の変化の研究、地球規模の気候変動の法則の探究、航空・航行のための気象情報も提供します。

第2世代静止気象衛星

2016年12月11日午前0時11分、西昌衛星発射センターで長征3号Bロケットにより風雲4号A衛星の打ち上げに成功した。風雲4A号は、我が国の第一世代（風雲2号衛星）から第二世代までの静止軌道気象衛星の最初の衛星です。これは我が国初の静止軌道三軸安定化定量リモートセンシング衛星でもあります。

Fengyun-4Aは、設計寿命が7年の新開発SAST5000プラットフォームを採用しています。地上気象要素に対して「マルチスペクトル2次元撮像＋ハイパースペクトル3次元検出＋超狭帯域雷検出」のリアルタイム総合観測能力を持ち、宇宙粒子、放射線、磁場などの宇宙天気観測能力も備えています。マルチチャンネル走査型画像放射計は、最大可視光空間解像度500m、赤外線空間解像度2～4kmで、15分で14バンドの地球ディスク画像を取得できます。最大赤外線感度は0.1K、校正精度は1K以上で、同様の国際ペイロードの先進レベルに達しています。干渉型大気垂直サウンダは、マイケルソン干渉計を採用し、1,650チャンネルの赤外線検出を実現します。静止軌道上から高周波大気温度・湿度鉛直分布情報を取得するのは世界初。軌道上で測定されたスペクトル分解能は0.625cm-1、放射線校正精度は1.5K以上、スペクトル校正精度は10×10-6以上です。雷イメージャーは、毎秒500フレームの高頻度で雷検出データを取得し、衛星上でリアルタイムの雷イベント検出を実行し、地上観測データと比較して、雷雨システムのリアルタイムかつ継続的な監視と追跡を実現します。軌道上の放射計、検出器、雷計測器が共同で、明らかな気象現象を伴う激しい対流の蓄積を観測します。放射計で観測された激しい対流雲の微細構造とテクスチャ特性は、検出器の雷現象と晴天域のセンシングデータと組み合わされ、地域の災害気象の早期警報を提供し、激しい対流気象と災害気象の予報精度を向上させるため、非常に価値があります。風雲4Aの総合的な探知能力は、国際先進衛星の中でもトップレベルに達している。

風雲4A号の運用開始以降、我が国は気象の監視・予報・警報、数値予報、気候監視をより正確に行うようになりました。衛星に搭載された雷撮影装置は、1秒間に500枚の雷写真を撮影し、その地域の雷の頻度と強度を検出し、国内で初めて雷警報を発することができる。この放射計は台風域を3分ごとに観測し、軌道上衛星雲画像の時間解像度が低いという欠点を補い、災害・環境監視、人工気象改変、宇宙天気研究を強力にサポートします。

2021年6月3日、我が国は風雲4号Bの打ち上げに成功しました。風雲4号AとB衛星は、より柔軟な2衛星ネットワーク観測を実現し、高頻度の気象観測能力を飛躍的に向上させました。風雲4Bは、静止軌道上で世界初となる250mの空間分解能と1分間隔の小規模・中規模（2000km×2000km）の観測を達成し、激しい対流気象の監視や大規模事象の気象支援のための高頻度・高解像度の観測データを提供しました。風雲4B星雲の画像を見た人々は思わずこう叫んだ。「地球がこれほど鮮明に見えたことはかつてなかった」

国際情勢を見ると、風雲4号衛星は中国の高軌道気象衛星を欧米に追いつかせ、国際的な主導権を握った。静止軌道上での大気の垂直方向の検出を世界で初めて実現し、天気予報の精度と精度を大幅に向上させました。同時に、画像位置決め精度は世界最高レベルに達しています。

著者について

董 耀海

上海宇宙飛行技術研究院科学技術委員会委員、主任模型設計者。主に気象衛星の研究開発、開発戦略の研究に従事。彼は我が国の風雲3号、風雲4号気象衛星の主任設計者を務め、第二世代の極軌道気象衛星と静止軌道気象衛星の開発を主導しました。彼は「新世紀人材計画」の国家候補者であり、上海市第一期青少年科学技術人材である。彼は国家科学技術進歩賞で1等賞と2等賞をそれぞれ1回受賞したほか、省や大臣の賞や栄誉を7回受賞した。

陳文強

上海宇宙飛行技術研究院科学技術委員会の首席モデル指揮者であり、主に気象衛星の開発とプロジェクト管理に従事している。彼は我が国の気象衛星「風雲2号」の副司令官、気象衛星「風雲4号」の司令官を務め、複数の気象衛星「風雲2号」のほか、「風雲4A号」、「風雲4B号」の開発と打ち上げミッションを完遂した。彼は国家科学技術進歩賞で一等賞を1回受賞し、省および大臣の賞と栄誉も1回受賞した。

ヤン・ジュン

中国気象局エンジニアリング室長、チーフエンジニア、風雲気象衛星プロジェクト執行副司令官、衛星気象委員会委員長を務め、長年にわたり風雲気象衛星の研究と応用開発に携わってきた。国家「ミリオンタレントプロジェクト」候補者。彼は国家科学技術進歩賞で1等賞と2等賞をそれぞれ1回受賞したほか、省や大臣の賞や栄誉を8回受賞した。

この記事は、『星空の中国：私たちの風雲気象衛星』（郵電出版社、2022年8月版）の第4章「気象衛星の過去と現在」から抜粋することを許可されています。

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