8月4日11時08分，由航天科技集團(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，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號乙運載火箭成功發(fā)射。該衛(wèi)星是世界首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星工作示意圖
智能設(shè)計讓衛(wèi)星用戶省心
空間碳匯監(jiān)測是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵工作之一，而獲取高精度的植被高度和面積信息是森林碳匯監(jiān)測的關(guān)鍵。對應(yīng)到衛(wèi)星設(shè)計上，即對激光雷達(dá)和多光譜相機提出了高要求。
為了讓該衛(wèi)星具備高精度森林碳匯監(jiān)測能力，研制團(tuán)隊基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，從性能提升、配置方式、總體設(shè)計上作出創(chuàng)新突破，以“激光雷達(dá)波束翻倍、重頻提升逾30倍，配置5個多光譜相機進(jìn)行5角度綜合觀測”的方案，滿足了森林碳匯監(jiān)測的需求。這種主被動聯(lián)合觀測模式，不僅充分發(fā)揮了激光雷達(dá)和多光譜相機的優(yōu)勢，還能利用激光校準(zhǔn)多光譜相機精度。
該衛(wèi)星雖然載荷多、模式多，但操控十分便捷，是一顆具備全自主任務(wù)規(guī)劃能力的“智能星”。森林碳匯監(jiān)測是其主要任務(wù)，除此之外，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，支撐作物評估、植物病蟲害監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急成像等工作，按照載荷工作模式組合計算多達(dá)47種。
研制團(tuán)隊從硬件上保證各種載荷數(shù)據(jù)獨立傳遞，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，實現(xiàn)完全的自主任務(wù)規(guī)劃。
獲取數(shù)據(jù)“準(zhǔn)、全、細(xì)、精”
該衛(wèi)星配置了多波束激光雷達(dá)、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷，支持獲取植被高度、植被面積、葉綠素?zé)晒夂?span id="hbpxp6e" class="wpcom_tag_link">大氣PM2.5含量等計算森林碳匯能力的核心數(shù)據(jù)。
植被測高結(jié)果“準(zhǔn)”。衛(wèi)星利用多波束激光雷達(dá)進(jìn)行植被測高，其實是抽樣測量過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差計算樹木的高度。該衛(wèi)星能在1秒發(fā)射測量激光200次，瞬時功率為太陽光照射到地面功率的40萬倍，不過不必?fù)?dān)心，絕大部分能量都已在途中耗散完畢，最終到達(dá)地面的激光比太陽光還弱。研制團(tuán)隊還對激光雷達(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，克服散熱等難題，測點間隔由公里級跨越至百米級。
獲取植被面積“全”。為了準(zhǔn)確還原森林茂密程度，研制團(tuán)隊為衛(wèi)星設(shè)計安裝了5個多光譜相機，實現(xiàn)對地5角度立體觀測，并通過月球定標(biāo)方法確保5角度成像光譜響應(yīng)一致。一幅“立體”植被分布圖就這樣被繪制出來，精準(zhǔn)覆蓋觀測區(qū)域的一草一木。
葉綠素?zé)晒馓綔y“細(xì)”。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便是該衛(wèi)星支撐高精度碳匯監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。但葉綠素?zé)晒饽芰績H為背景能量的50分之一，為了捕捉到它，該衛(wèi)星搭載的超光譜探測儀創(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，實現(xiàn)國際首次0.3nm精細(xì)探測，能探測到人眼看不到的太陽光細(xì)微的明暗變化。
大氣校正數(shù)據(jù)“精”。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；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)結(jié)果由二維變成了三維立體信息，確保大氣校正更精準(zhǔn)。
衛(wèi)星飛天前先“減肥”
這些功能強大的載荷，也給研制團(tuán)隊出了一道額外的難題。從最大程度支持林業(yè)遙感應(yīng)用需求出發(fā)，研制團(tuán)隊從總體設(shè)計上提出新增超光譜探測儀、多角度偏振成像儀兩個載荷，用于探測葉綠素?zé)晒夂痛髿鈿馊苣z。衛(wèi)星的功能強大了，用戶的使用模式豐富了，但兩個載荷的增加，直接導(dǎo)致衛(wèi)星“超重”近100千克。
給衛(wèi)星“減肥”成為了首要難題。研制團(tuán)隊將衛(wèi)星“拆解”，逐一分析減重可能，從材料和結(jié)構(gòu)方面雙管齊下，為其量身定制“減肥方案”。在整星制造上采用輕量化的新型材料，同時，針對激光雷達(dá)主鏡這一“大塊頭”，采用全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對鏡片逐一摳重量，并建立仿真模型，在確保應(yīng)用效果的前提下，最終成功將主鏡瘦身87%，讓衛(wèi)星順利通過了“體重關(guān)”。
來源：北京日報客戶端 | 記者 劉蘇雅 通訊員 張?zhí)m蘭 劉錦洋 王琬涵
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