Chúng tôi có thói quen kiểm tra thời tiết trước khi ra ngoài. Nhưng bạn có biết làm thế nào để chúng ta có thể đưa ra dự báo kịp thời trước những thay đổi thất thường của thời tiết không? Điều này đưa chúng ta đến với các vệ tinh khí tượng, chẳng hạn như vệ tinh khí tượng "dòng Fengyun" nổi tiếng.
Vào cuối mùa hè và đầu mùa thu, tháng 9 đến và thời tiết dần trở nên mát mẻ hơn. Thật trùng hợp, vệ tinh Fengyun ban đầu được phóng vào tháng 9.
Ngày 7 tháng 9 năm 1988, vệ tinh Fengyun-1A (FY-1A) được phóng lên; Ngày 3 tháng 9 năm 1990, vệ tinh Fengyun-1B (FY-1B) đã được phóng. Ngày nay, vệ tinh Fengyun đã phát triển thành một chuỗi vệ tinh.
Các thành viên của hệ thống vệ tinh Phong Vân của Trung Quốc là gì? Đường bay tương ứng của chúng là gì? Tại sao lại chọn cách này?
Hình ảnh đám mây vệ tinh Fengyun (Nguồn: Cục Khí tượng Quốc gia Trung Quốc)
Bốn gia tộc lớn ở vệ tinh Phong Vân
Vệ tinh này lần đầu tiên hiện thực hóa việc phát hiện và ứng dụng toàn diện môi trường khí tượng, đại dương và không gian của đất nước tôi, mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp vũ trụ của nước tôi. Các vệ tinh Fengyun có tên như "Số 1", "Số 2" và "Số 3", nhưng mỗi tên không đề cập đến một vệ tinh duy nhất.
Ví dụ, trong vệ tinh Fengyun-1A (FY-1A) và vệ tinh Fengyun-1B (FY-1B), "FY" là chữ viết tắt của "Fengyun", "1" là viết tắt của "Số 1", và A và B là các mã tiếp theo của chúng.
Fengyun-1 là "vệ tinh khí tượng quỹ đạo đồng bộ mặt trời" thế hệ đầu tiên của nước tôi, chủ yếu được sử dụng để thu thập bản đồ mây khí tượng toàn cầu và dữ liệu đại dương. Đồng thời, nó cũng có thể thu được ánh sáng khả kiến vào ban ngày và ban đêm, hình ảnh mây hồng ngoại, lớp băng và tuyết, thảm thực vật, màu sắc đại dương, nhiệt độ bề mặt biển, v.v., cung cấp dữ liệu cơ bản cần thiết cho dự báo thời tiết trung hạn và dài hạn, nghiên cứu khoa học khí tượng và biển, dự báo khí hậu, đồng thời đóng vai trò rất lớn trong giám sát thiên tai và cảm biến từ xa môi trường.
Ngay từ năm 1977, kế hoạch sơ bộ tổng thể cho vệ tinh khí tượng Phong Vân-1 đã được hình thành, sau đó công tác nghiên cứu và phát triển toàn diện đã được tiến hành. Vào tháng 10 năm 1985, dự án vệ tinh khí tượng Phong Vân-1 được liệt kê là dự án trọng điểm phát triển mô hình vệ tinh trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ bảy và Phong Vân-1A đã được phóng thành công vào năm 1988.
Gói vệ tinh Fengyun-1 bao gồm tổng cộng 4 vệ tinh. Khoảng 10 năm sau khi phóng vệ tinh A và vệ tinh B, vệ tinh C và vệ tinh D lần lượt được phóng vào năm 1999 và 2002. Hiện tại, cả bốn vệ tinh đều bị hỏng và đã ngừng hoạt động. Điều đáng nói là vệ tinh A được phóng ban đầu chỉ hoạt động trong 39 ngày, nhưng vệ tinh D đã hoạt động như một "thiết bị dự báo thời tiết" trong suốt 10 năm.
Vệ tinh Fengyun-1 (Nguồn ảnh: Trung tâm Khí tượng Vệ tinh Quốc gia)
Fengyun-2 không chỉ là một vệ tinh, mà bao gồm hai vệ tinh thử nghiệm (FY-2A và FY-2B) và một loạt các vệ tinh kinh doanh (FY-2C, FY-2D, FY-2E, FY-2F, FY-2G, FY-2H, v.v.).
Dòng vệ tinh Fengyun-2 có thể thu được hình ảnh đám mây ánh sáng khả kiến ban ngày, hình ảnh đám mây hồng ngoại ban ngày và ban đêm và bản đồ phân bố hơi nước, phát bản đồ thời tiết qua fax và thu thập dữ liệu giám sát khí tượng từ các nền tảng thu thập dữ liệu khí tượng, thủy văn và hải dương học. Loạt bài này là "vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh".
Vệ tinh Fengyun-2 (Nguồn ảnh: Trung tâm Khí tượng Vệ tinh Quốc gia)
Việc lặp lại thường xuyên Fengyun-2 đảm bảo hệ thống vệ tinh mặt đất hoạt động liên tục 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm. Sau FY-2D, cứ khoảng 2 hoặc 4 năm lại có một vệ tinh Fengyun-2 mới được phóng. Vệ tinh 2H được phóng vào năm 2018, gần như trải dài toàn bộ thời niên thiếu của những người trẻ chúng ta. Không có gì ngạc nhiên khi nó luôn xuất hiện trong các chương trình dự báo thời tiết.
Thiết kế và chức năng của các vệ tinh thuộc dòng Fengyun-2 này rất giống nhau. Vệ tinh đầu tiên vẫn hoạt động và vệ tinh thứ hai đã được phóng vào không gian và bắt đầu quan sát. Chính loại "sao lưu" này đã đảm bảo kết nối liền mạch trong thập kỷ qua.
Đôi khi bạn có thể nghe thấy "Fengyun-3" trên bản tin dự báo thời tiết. Fengyun-3 bao gồm ba vệ tinh (FY-3A, FY-3B và FY-3C). Mặc dù có biệt danh là "Ngôi sao Olympic", nhưng thực tế chỉ có ngôi sao đầu tiên được phóng vào thời điểm gần Thế vận hội Olympic 2008. Hai phiên bản cuối cùng được ra mắt vào năm 2010 và 2013.
Vào thời điểm đó, mục tiêu sứ mệnh của nó là cung cấp dịch vụ hỗ trợ khí tượng cho Thế vận hội Olympic cùng với vệ tinh khí tượng Fengyun-2. Các đối tượng phát hiện bao gồm dữ liệu ba chiều, toàn cầu, mọi thời tiết, định lượng và có độ chính xác cao về môi trường khí quyển của Trái Đất. Fengyun-3 là "vệ tinh quỹ đạo đồng bộ mặt trời quay quanh cực" kế thừa Fengyun-1.
FY-3 Lô 1 (Nguồn ảnh: Trung tâm Khí tượng Vệ tinh Quốc gia)
Đối với vệ tinh Fengyun-4 mới nhất, Star A đã được phóng vào ngày 11 tháng 12 năm 2016 và Star B chắc chắn sẽ được phóng theo sau. Chúng cũng là vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh, kế thừa lớp phủ của Fengyun-2.
Vào ngày 27 tháng 2 năm 2017, Fengyun-4A đã thu được lô hình ảnh và dữ liệu đầu tiên. Trung Quốc đã thu thập và phát hành bản đồ siêu quang phổ quỹ đạo địa tĩnh đầu tiên trên thế giới về bầu khí quyển Trái Đất, đồng thời cũng thu thập được bản đồ mây vệ tinh màu và bản đồ phân bố sét lần đầu tiên.
Fengyun-4A (Nguồn ảnh: Trung tâm Khí tượng Vệ tinh Quốc gia)
Quỹ đạo của các vệ tinh này rất dễ nhớ: các vệ tinh số lẻ, số 1 và số 3, là các vệ tinh "quỹ đạo đồng bộ mặt trời" "quay quanh cực", và các vệ tinh số chẵn, số 2 và số 4, là các vệ tinh "quỹ đạo địa tĩnh".
“Đồng bộ mặt trời”, đồng bộ như thế nào?
Fengyun-1 và Fengyun-3 là các vệ tinh quỹ đạo đồng bộ mặt trời quay quanh cực. Cái gọi là "quỹ đạo cực" có nghĩa là quỹ đạo đi qua Cực Bắc và Cực Nam của Trái Đất, và mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất.
Nhưng trên thực tế, quỹ đạo vệ tinh thường không đi qua Nam Cực hay Bắc Cực chính xác mà hơi nghiêng. Vì vậy, có thể nói chính xác hơn rằng đó là "quỹ đạo gần cực" và góc giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo gần bằng 90 độ.
Hãy tưởng tượng một quả cầu quay tại chỗ, với sự hỗ trợ ở bên cạnh quả cầu giống như mặt phẳng quỹ đạo. Trong vũ trụ, nếu không có lực đặc biệt nào đó, mặt phẳng này sẽ bất động như một cái giá đỡ. Sau đó, khi Trái Đất quay, quỹ đạo vệ tinh sẽ đi qua mọi khu vực trên Trái Đất.
Quả địa cầu (Nguồn ảnh: justglobes.uk)
Nhưng mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh có thực sự không di chuyển không?
Nếu Trái Đất là một hình cầu đồng nhất thì vệ tinh trên quỹ đạo nghiêng 90 độ sẽ chịu tác dụng của các lực cân bằng và mặt phẳng quỹ đạo sẽ không quay. Đây được gọi là "chuyển dịch" với trái đất.
Tuy nhiên, Trái Đất là một hình cầu dẹt, lực hấp dẫn tác dụng lên vệ tinh tại mỗi điểm trên hình cầu dẹt này là không bằng nhau, và trục của Trái Đất bị nghiêng. Kết quả là, mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh quay quanh trục Trái Đất theo hướng ngược với hướng chuyển động của vệ tinh, được gọi là "tiến động" của mặt phẳng quỹ đạo. Do đó, quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời phải chọn độ nghiêng quỹ đạo lớn hơn 90° một chút.
Theo tính toán, tốc độ tiến động là khoảng 1°, vừa đủ để giữ cho mặt phẳng quỹ đạo theo một hướng cố định với Mặt Trời. Nói cách khác, mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh cũng quay 360° mỗi năm, luôn vuông góc với đường thẳng nối Mặt Trời và Trái Đất. Khi đó vệ tinh quay quanh Trái Đất sẽ không bị Trái Đất che khuất và có thể tiếp xúc hoàn toàn với ánh sáng Mặt Trời, đây chính là “đồng bộ hóa Mặt Trời”.
Do đó, quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời thực chất là sự đồng bộ của chuyển động quay của Trái Đất.
Vệ tinh Fengyun đã chọn quỹ đạo này, rất có lợi cho việc thu thập thông tin dự báo thời tiết. Đầu tiên, nó có thể tối đa hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời. Thứ hai, mỗi khi vệ tinh bay qua một khu vực nhất định, mặt trời sẽ chiếu sáng khu vực đó theo cùng một góc. Bằng cách so sánh các bức ảnh chụp, có thể thu thập được nhiều thông tin hơn.
“Trạm địa tĩnh”, liệu nó có thể đứng yên trên bầu trời không?
Fengyun-2 và Fengyun-4 là các vệ tinh "quỹ đạo địa tĩnh" "cố định". Vậy, làm sao chúng có thể đứng yên?
Trên thực tế, chúng không đứng yên trong vũ trụ. Chỉ là khi chúng ta ở dưới mặt đất nhìn lên bầu trời, vệ tinh luôn ở trên đầu chúng ta và không bay đi, như thể nó đang đứng yên vậy.
Nhìn từ Trái Đất, Mặt Trời mọc ở hướng đông và lặn ở hướng tây vì Trái Đất quay từ tây sang đông. Cái gọi là "quỹ đạo địa tĩnh" được đồng bộ với chuyển động quay của Trái Đất. Chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh bằng chu kỳ quay của Trái Đất trong không gian quán tính (23 giờ, 56 phút và 4 giây) và hướng của nó phù hợp với chu kỳ quay này. Do đó, vệ tinh luôn quay cùng Trái Đất và vị trí của nó so với mặt đất không thay đổi.
Quỹ đạo địa tĩnh (Nguồn hình ảnh: Wikipedia) hoạt hình
Vì mặt phẳng quỹ đạo của quỹ đạo địa tĩnh trùng với mặt phẳng xích đạo nên độ nghiêng quỹ đạo là 0 độ. Do đó, vệ tinh không thể ở ngay phía trên bất kỳ khu vực nào (như Bắc Kinh), mà luôn nằm ở phía trên một địa điểm nào đó trên đường xích đạo.
Mặc dù vệ tinh Phong Vân của Trung Quốc không nằm ngay phía trên vùng đất rộng lớn của Trung Quốc, nhưng chúng đã chọn kinh độ phù hợp với vệ tinh Trung Quốc. Ví dụ, có lần chúng ta chọn các vị trí như 105 độ, 99,5 độ và 79 độ kinh đông, nhưng khi nhìn lên, chúng ta thậm chí không thể nhìn thấy hình bóng của chúng.
Tuy nhiên, chính những vệ tinh khó nhìn thấy bằng mắt thường này không chỉ cấu thành nên hệ thống vệ tinh phục vụ dự báo thời tiết của Trung Quốc mà còn đóng vai trò quan trọng trong giám sát khí hậu, giám sát thiên tai và viễn thám môi trường, đóng góp to lớn cho sự phát triển xã hội.
Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Vương Chính
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
