張?zhí)m蘭 劉錦洋?王琬涵?科技日?qǐng)?bào)記者?付毅飛

(資料圖)

2022年8月4日11時(shí)08分，由中國(guó)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(cè)衛(wèi)星（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“碳星”），在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射。

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

森林碳匯監(jiān)測(cè)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(dòng)聯(lián)合觀(guān)測(cè)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(cè)高，其實(shí)是個(gè)抽樣測(cè)量的過(guò)程，通過(guò)計(jì)算激光到樹(shù)冠以及地面的時(shí)間差計(jì)算樹(shù)木的高度，而衛(wèi)星一次測(cè)量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、發(fā)射頻次則決定測(cè)量精度。為最大程度提升植被測(cè)高的數(shù)據(jù)精度，研制團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)據(jù)反演、仿真分析、應(yīng)用測(cè)試等實(shí)現(xiàn)1秒發(fā)射測(cè)量激光200次的能力，并對(duì)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(cè)點(diǎn)間隔由公里級(jí)跨越至百米級(jí)，植被測(cè)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(gè)多光譜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地5角度立體觀(guān)測(cè)。為避免植被陰、陽(yáng)面光線(xiàn)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(guān)測(cè)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(cè)的重要環(huán)節(jié)。但葉綠素?zé)晒獾哪芰糠浅Ｐ。瑑H有約0.5%至2%以熒光的形式發(fā)射出來(lái)。為提升葉綠素光譜探測(cè)精細(xì)程度，科研人員為碳星設(shè)計(jì)配置了超光譜探測(cè)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(guó)際首次0.3納米精細(xì)探測(cè)，能夠探測(cè)到人眼所看不到的太陽(yáng)光細(xì)微明暗變化。

為了去除大氣對(duì)監(jiān)測(cè)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(zhuān)門(mén)配置了偏振成像儀，支持35個(gè)角度監(jiān)測(cè)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(cè)這一主業(yè)，碳星還可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、測(cè)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(shí)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(dòng)規(guī)劃最佳探測(cè)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(wú)需用戶(hù)操心，而能像智能掃地機(jī)器人一樣，掃哪里、怎么掃，全自動(dòng)完成。

關(guān)鍵詞： 發(fā)射成功