張?zhí)m蘭 劉錦洋?王琬涵?科技日報(bào)記者?付毅飛

(資料圖)

2022年8月4日11時08分，由中國航天科技集團(tuán)五院遙感衛(wèi)星總體部抓總研制的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星（以下簡稱“碳星”），在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

我國傳統(tǒng)的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進(jìn)行抽樣監(jiān)測，碳星的應(yīng)用將改變這一現(xiàn)狀，標(biāo)志著我國碳匯監(jiān)測進(jìn)入天基遙感時代。

森林碳匯監(jiān)測需要有高精度的植被數(shù)據(jù)作為支撐。植被高度、植被面積、葉綠素?zé)晒夂痛髿釶M2.5含量，是計(jì)算森林碳匯能力的核心數(shù)據(jù)。碳星是世界首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，配置了4種載荷支持獲取以上數(shù)據(jù)。

碳星利用多波束激光雷達(dá)進(jìn)行植被測高，其實(shí)是個抽樣測量的過程，通過計(jì)算激光到樹冠以及地面的時間差計(jì)算樹木的高度，而衛(wèi)星一次測量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、發(fā)射頻次則決定測量精度。為最大程度提升植被測高的數(shù)據(jù)精度，研制團(tuán)隊(duì)通過數(shù)據(jù)反演、仿真分析、應(yīng)用測試等實(shí)現(xiàn)1秒發(fā)射測量激光200次的能力，并對激光雷達(dá)所需的衛(wèi)星環(huán)境和硬件配置進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，克服散熱等難題，最終實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)間隔由公里級跨越至百米級，植被測高精度大幅提升。

為了準(zhǔn)確還原森林茂密程度，研制團(tuán)隊(duì)為衛(wèi)星設(shè)計(jì)安裝了5個多光譜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對地5角度立體觀測。為避免植被陰、陽面光線影響，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出月球定標(biāo)方法，確保5角度成像光譜響應(yīng)一致。具備這些能力后，碳星便能繪制出“立體”植被分布圖，精準(zhǔn)覆蓋觀測區(qū)域的一草一木。

葉綠素是植被光合作用的關(guān)鍵影響因素，葉綠素?zé)晒飧呔戎茍D也成為碳星支撐高精度碳匯監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。但葉綠素?zé)晒獾哪芰糠浅Ｐ?，僅有約0.5%至2%以熒光的形式發(fā)射出來。為提升葉綠素光譜探測精細(xì)程度，科研人員為碳星設(shè)計(jì)配置了超光譜探測儀，創(chuàng)新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率較傳統(tǒng)提升了10倍，實(shí)現(xiàn)國際首次0.3納米精細(xì)探測，能夠探測到人眼所看不到的太陽光細(xì)微明暗變化。

為了去除大氣對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，研制團(tuán)隊(duì)將大氣校正做到了極致。碳星專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監(jiān)測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息；還增配了大氣激光雷達(dá)，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱，將數(shù)據(jù)信息由二維變成了三維，確保大氣校正更精準(zhǔn)。

除了森林碳匯監(jiān)測這一主業(yè)，碳星還可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、測繪、氣象、農(nóng)業(yè)、減災(zāi)等領(lǐng)域，工作模式多達(dá)47種。

為了讓衛(wèi)星支持更多應(yīng)用，同時操控便捷，研制團(tuán)隊(duì)從硬件上保證各種載荷數(shù)據(jù)獨(dú)立傳遞，從軟件上讓衛(wèi)星“智能化”，根據(jù)設(shè)定的邊界條件參數(shù)實(shí)現(xiàn)自主辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規(guī)劃最佳探測任務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)自主任務(wù)規(guī)劃。

在這種設(shè)計(jì)下，除了特殊或突發(fā)任務(wù)，碳星無需用戶操心，而能像智能掃地機(jī)器人一樣，掃哪里、怎么掃，全自動完成。

關(guān)鍵詞： 發(fā)射成功