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GAO将极轨气象卫星项目从高风险名单中删除
发文日期 :2020-04-12  来源:

  专题报告

  贾朋群 田晓阳

  美国审计署(GAO)在最新的报告中,将美国天气卫星项目从其列有大约35个高风险项目的名单中删除。该高风险被描述为“天气卫星数据出现缺口(gapsinweathersatellitedata)”,于2013年被列入影响美国的高风险问题名单1,并在上一次2017年名单更新(每两年一次)时被保留。

  1.美国极轨气象卫星换代过程中的数据“缺口”

  美国极轨气象卫星,进入21世纪第二个10年前后,按照上、下午轨道各1颗卫星和备份卫星的业务部署,由DOD(国防部)和NOAA分别实施负责并与国际伙伴合作的格局基本形成(图1)。然而,因为极轨卫星换代技术复杂,使得卫星换代研发无法按照计划实施,加上预算严重超支等问题,到2012年前后,极轨气象卫星或许出现断档期已经很明显(图2)。

  缺口可能出现,是联合极轨卫星系统(JPSS)卫星之间衔接出现问题导致。最初预算达129亿美元的JPSS项目,包括多颗卫星,其中以1995年去世的美国气象学家VernerSuomi命名的Suomi卫星(链接-1),原本为概念性的卫星,于2011年升空并预计运行5年,到2016年结束。后续的JPSS-1卫星(链接-2)却无法在2016年前升空,这就带来了17个月左右的空白期,如果生命期为5年的Suomi卫星提前退役,或后续JPSS-1卫星延迟更长时间,这样的缺口无疑或进一步加大。2013年2月14日,GAO将美国最重要的极轨气象卫星可能出现数据中断的情况,纳入高风险目录也就顺理成章。GAO在文件中警告,气象卫星数据缺口最早可能在2014年出现,并可能延续长达53个月。这一数据缺口将影响联邦政府层面上的一系列决策。

  2.NOAA-20成功业务化是风险解除的基础

  促使GAO在2019年高风险问题名单更新中,将天气卫星数据缺口从名单中删除的主要依据,无疑是NOAA于2017年11月18日成功发射了JPSS-1(第一颗联合极轨卫星系统)卫星,并且经过6个月的在轨测试和检验后,于2018年5月将JPSS-1卫星更名为NOAA-20,实现业务化。

  NOAA-20卫星与2011年进入轨道,与自2014年以来作为美国主要的极轨气象卫星在轨服务的Suomi国家极轨伙伴卫星为同一个轨道。由于Suomi卫星超期服役,最终实现了与JPSS-1的交接,可以说,NOAA-20没有进一步拖延和Suomi卫星良好的状态,共同成就了堵住美国极轨气象卫星可能出现的数据缺口的愿望。

  GAO的报告中,针对天气卫星数据空白风险移除的原因,强调了自2017年评估后,该项目取得的进展(图3)。其中,针对NOAA职责部分,2017年的报告已经认为,NOAA已经在当时欠缺的5项标准中的两项,即“行动计划”和“展示出的进步”等两个方面已经取得了部分进展。之后两年时间里,NOAA完全实现了从高风险名单中删除应采取的行动。这表明在2017年上一次评估以来,NOAA持续在5项标准中的领导承诺、能力和监视等3项中保持达标,同时又满足了“行动计划”和“展示出的进步”两项标准(图4)。

  3.美国国防部(DOD)解除风险一波三折

  由于国防部和NOAA分别负责上、下午轨道卫星,此轮天气卫星数据缺口风险的诞生和最终缓和,都与国防部脱不了干系。近些年,美国军用和民用气象卫星系列的运行印证了“分久必合,合久必分”这句话,分分合合导致了问题,但分分合合本身也由问题导致。

  国防部的国防气象卫星项目(DMSP)和民用天气卫星项目启动于同一时期,都始于上世纪60年代。由于当时美国在民用项目上已经投入了大量资金,美国国会决定将军方项目保密。直到1973年,才对外公布。DMSP卫星可以提供云盖资料,并且配备夜间红外探测。

  1994年,克林顿政府将NOAA和国防部独立运行的气象卫星项目合二为一,用国家极轨业务环境卫星系统(NPOESS),取代民用的极地业务环境系统(POES)和空军的DMSP(图5)。但NPOESS一直管理不利,示范项目就延期了五年,到2011年才发射,而NASA传感器开发一直问题重重。终于在2010年,奥巴马总统执行办公室决定解散三机构合运行的NPOESS计划,拆成两部分,NOAA/NASA部分称为联合极地卫星系统(JPSS),计划中第一颗卫星叫做JPSS-1,后实际为2017年11月18日发射的NOAA-20;国防部部分称为DWSS(国防气象卫星系统),负责提供上午轨道极轨气象卫星。

  NPOESS分家时,媒体认为国防部比NOAA/NASA的情况更乐观,因为最后一个POES卫星已经于2009年升空,而空军手头还有两个全新的DMSP观测实验台等着上天,应该能满足很多年的需求。但现实往往很曲折。2012年1月,DWSS项目被美国空军取消。国防部发射的最后一颗卫星是2014年的DMSP-19,2016年2月出现电源故障,停止提供天气数据。只得继续用2006年发射的DMSP-17提供上午轨道数据的卫星,这样在仪器方面必然存在限制。国防部本来在开发另一颗名为DMSP-20的卫星,但发现不能保证在2016年底之前发射该卫星后(预期时间为2023年),相关计划就取消了。为了确定上午轨道的替代计划,国防部从2012年2月至2014年9月一直在“审查和分析”,最终在2016年10月批准了下一代气象卫星计划,称为气象系统后续微波计划(WSF-M),计划在2017年发射一颗示范卫星(已确定延期),并于2022年发射第一颗业务卫星。这之前继续依赖旧的DMSP-17卫星。

  这样的规划明显不能让GAO满意。GAO上一份高风险评估报告(2017年)认为,虽然NOAA已经出现了很大进展,下午轨道可以撤离风险名单,但国防部的取代计划进展缓慢,在“行动计划”和“展示出的进步”上都没达到要求(图6)。国防部2016年8月关于解决潜在卫星数据缺口的近期计划的国会报告显示,WSF-M仅满足该部门对海洋风速和风向的需求,但对云的描述和特定区域天气图像——两项应是最高优先级的观测能力,错误地寄希望于国际合作伙伴提供相应资料。2017年风险报告判定,WSF-M不仅当时没有解决这两项问题,也没有未来提供该能力的长期规划。因此美国存在上午轨道的卫星数据缺口风险。

  与此同期(2016年前后),以JimBridenstine议员为首的一批人,开始在众议院和国会号召推进NOAA和国防部的商业卫星资料示范项目。如果觉得这个名字眼熟,那是因为后来他被特朗普提名成为了NASA的局长。因为此人没有任何科学背景,并具有共和党普遍的反气候变化科学的态度,导致美国网民新一轮混战。当时来看,国防部的DMSP卫星计划在2016财年被终止,有可能导致最高80%的天气观测资料需要依赖商业部门。众议院军事委员会(Bridenstine也是委员会成员)通过的《2017财年国防授权法案(NDAA)》草案中,有300万美元预算用于商业天气资料示范项目,与NOAA在2016财年获得的商业天气资料采购示范项目资金等同。