超级太空反射镜（这个仪器能看透风云变幻）

2021年10月14日，一颗QX-1商业气象卫星在太原卫星发射中心成功入轨。卫星上的小型化商业GNSS掩星探测仪自10月15日在轨开机以来，已经稳定运行三个月，获取的商业GNSS大气产品在国内首次满足了业务化数值天气预报精度要求，达到了国际先进水平。

这个“GNSS掩星探测仪“到底是什么？除了天气预报，它还有哪些用处？

大气折射率产品精度（与ECMWF模式比，在5~35km折射率误差均小于1%，达到了国际先进水平。）

预报天气，为啥要用掩星探测仪？

通常说的掩星是一种天文现象，常见的掩星包括月掩星和行星掩星。当恒星被行星遮掩时，可以通过分析在掩始和掩终期间发生的恒星折射和闪烁效应来研究行星大气层。当恒星光线进入行星大气层时，强度会逐渐变弱，天文学家由此提出用掩星探测（光信号强度）来测定行星大气。

随着无线电技术和宇航技术的出现和发展，20世纪60年代由美国喷气推进实验室（JPL）首先提出利用人造地球卫星无线电掩星技术（利用无线电信号延迟）探测地球大气，美国和前苏联各自筹建了自己的全球导航卫星系统（简称GNSS）GPS和GLONASS系统之后，为掩星技术探测地球大气剖面创造了更加便利的条件，该技术统称为GNSS掩星探测技术。

其中，GNSS无线电掩星技术是指在低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星上安装一台GNSS双频接收机接收GNSS信号。由于传播介质的垂直折射指数发生变化，导航卫星信号穿过地球电离层和大气层时，电波路径将会出现弯曲。根据测量得到的电波相位并利用精密卫星星历数据，可以计算出大气弯曲角、折射率，推导出压力、温度和湿度 (0~60km)。同样，也可以根据电波相位延迟反演得到电离层折射率，并进一步得到电离层电子密度剖面。

数值天气预报必须用三维的温度、气压和湿度等数据作为初值。而目前提供这些数据的业务网络的时空分辨率过低，限制了天气预报的精度。无线电探空资料一般只在大陆地区存在，在海洋地区上述资料是极为匮乏的。而且上述探空资料一般每隔12h才能提供1次，时间分辨率很差。几百公里的站间距离对于一些重要的中尺度天气结构的分析显得过长。虽然可以根据气象卫星资料来反演温度廓线，但这些廓线的垂直分辨率太长，在数值天气预报中所处的作用相当有限。而由一定数量的低轨卫星所组成的卫星星座则能为数值天气预报提供足够数量的、高精度的、有很好的时空分辨率的数据，从而极大地提高数值天气预报的精度。

除了天气预报，掩星探测还能干嘛？

当然，掩星探测技术的应用可不止在天气预报上，它还可以用于对全球气候变化及空间天气的研究上。

1.全球气候变化的研究

平均温度和平均水汽含量是衡量全球气候变化的两个重要指标。与其他探测方法相比，天基GNSS能长期稳定地提供高精度的、有良好的垂直分辨率的温度廓线。更为重要的是用掩星资料反演得到的大气折射率n是气温和水气压的函数。因此有可能直接把折射率n当作全球气候变化的一个指标。

2.空间天气应用

GNSS掩星资料将为模型试验和初值设定提供致密、精确、全球性的电子密度探测数据，从而加速各种空间天气预报物理模型的研制。GNSS掩星探测提供的大量高质量的电离层观测数据，将有效推进空间天气研究。据此科学家们能够对全球电离层对太阳暴冲击的响应程度进行观测。通过这些观测获得的新发现将改善电离层物理模型，从而为空间天气预报技术作出贡献。

我们的掩星探测仪，达到国际领先

开头提到的小型化商业GNSS掩星探测仪，是由极诺星空（北京）科技有限公司研制的，该机构核心人员均来自中国科学院国家空间科学中心GNSS遥感团队，团队研制的风云三号C星GNSS掩星探测仪，在国际上首次实现了GPS/北斗兼容掩星探测，数据产品已业务化应用于我国GRAPES、欧洲ECMWF（欧洲中尺度数值天气预报模式）、德国和加拿大等数值天气预报系统，使中国成为继欧美之后第三个掌握该技术并能业务化应用进入ECWMF的国家，标志着达到国际最先进水平；研制的风云三号E星掩星探测仪在国际上首次实现了GNSS掩星和GNSS-R一体化探测，达到国际领先水平。

本次随QX-1卫星升空的探测仪，是国际首次实现了兼容北斗、GPS和Galileo三大导航系统的高精度、小型化商业GNSS掩星探测仪。它的成功在轨运行拉开了“极诺星空”百星量级商用微纳星座GNSS遥感应用的帷幕，公司在GNSS掩星及GNSS-R领域有雄厚的技术基础，研制的商业化GNSS掩星探测仪和GNSS-R探测仪，可实现对大气温湿压、电离层TEC、海面风场、海冰覆盖率、土壤湿度等要素信息的全天候、全球范围探测，为后续大规模组网观测奠定了坚实基础。