監(jiān)測霧霾神器：中國首顆碳衛(wèi)星飛天

碳衛(wèi)星被譽為“靈魂舞者”，它在進行全球觀測時需要頻繁調(diào)整姿態(tài)，就像“跳”一場太空中的華爾茲。通過對大氣顆粒物的監(jiān)測，為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。

碳衛(wèi)星載荷性能指標達到國際先進水品，技術(shù)難度也極大。儀器裝調(diào)是一件精度要求極高的工作，即使是零下的低溫，也不能佩戴多余的保暖物品，一方面防止引入多余物，另一方面怕影響裝調(diào)時的手感，所以只能“要精度、舍溫度”。圖為助理研究員進行碳衛(wèi)星原理樣機1610nm通道準直鏡筒裝調(diào)

2016年12月22日3時22分，我國成功發(fā)射全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星。這是我國首顆、全球第三顆專門用于“看”全球大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。

中國“碳衛(wèi)星”為什么要上天

全球變暖、極端天氣……嚴峻的氣候變化形勢面前，減少二氧化碳等溫室氣體的排放成為必然選擇。

碳排放的量化監(jiān)測是各國最終實現(xiàn)溫室氣體減排的重要技術(shù)基礎(chǔ)，在所有的碳排放量監(jiān)測手段中，目前只有星載高光譜溫室氣體探測技術(shù)既能對二氧化碳等溫室氣體濃度進行高精度探測，又能獲取全球各區(qū)域的氣體濃度分布數(shù)據(jù)。

如此大局下，中國人自己的碳衛(wèi)星已是“星”在弦上，勢在必發(fā)。國家科技部-863計劃在十二五期間專門設(shè)置了“全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項目（簡稱全球碳監(jiān)測衛(wèi)星項目），使我國在高光譜大氣二氧化碳濃度觀測方面達到國際先進水平。

會“跳華爾茲”“翻筋斗”

這顆620公斤重的衛(wèi)星雖然名曰“碳衛(wèi)星”，卻并不能直接“看到”二氧化碳在哪里，而是要借助太陽光的照射，去跟蹤經(jīng)大氣散射出來的光，間接地“反演”出大氣二氧化碳的濃度。

太陽光經(jīng)過大氣，總有一些“特定的頻點”被其中聚集的二氧化碳吸收。

碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家盧乃錳介紹，在反射或散射出來的光中，如果“特定的頻點”很弱，那么可以推斷，這里的二氧化碳分子比較密集；反之，“特定頻點”很強，則可推斷二氧化碳分子較少。在這個過程，碳衛(wèi)星就扮演眼睛的角色，去判別“強”或者“弱”，科學(xué)家據(jù)此結(jié)論，再進行他們通常所說的“反演”。

說起碳衛(wèi)星的眼睛角色，就不得不提它所搭載的兩個載荷：二氧化碳探測儀、云和氣溶膠探測儀。前者是主載荷，通過獲取高精度的大氣吸收光譜，應(yīng)用反演算法計算出二氧化碳的濃度。后者可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為精確反演CO濃度剔除干擾因素，還可為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)碳衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師尹增山的說法，碳衛(wèi)星要想進行全球觀測，還需要實現(xiàn)靈活的觀測模式，即頻繁調(diào)整姿態(tài)。碳衛(wèi)星這種頻繁的大角度姿態(tài)機動，就像“跳”一場太空中的華爾茲，它因此被譽為“靈魂舞者”。

斜著，調(diào)整到耀斑觀測模式，豎著，調(diào)整到天底觀測模式。比如，當(dāng)碳衛(wèi)星飛過海洋時，身子靈活一轉(zhuǎn)，斜著身子，看太陽打在海面上的光斑，這就切換到了耀斑觀測模式。

衛(wèi)星要“跳舞”，當(dāng)然需要一副好身板。為此，衛(wèi)星平臺研究人員攻克了“復(fù)雜姿態(tài)指向控制技術(shù)”難題，給衛(wèi)星配備了復(fù)雜姿態(tài)控制系統(tǒng)。這樣，碳衛(wèi)星就可以在太空中盡展靈活身姿。

“小”衛(wèi)星承擔(dān)“大”使命

此前全球已有兩顆二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星：日本在2009年發(fā)射的“呼吸”號溫室氣體觀測衛(wèi)星，美國在2014年發(fā)射的OCO-2衛(wèi)星。

科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，碳衛(wèi)星不僅填補了中國在該領(lǐng)域的空白，而且整體水平高于“呼吸“號。它對全球大氣中二氧化碳濃度進行動態(tài)監(jiān)測，給出全球碳分布數(shù)據(jù)，不僅體現(xiàn)了中國應(yīng)對全球氣候變化采取的行動，也展現(xiàn)了負責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)。

完成在軌測試后，碳衛(wèi)星將每隔16天對地球進行一次“體檢”，經(jīng)過2-3個月數(shù)據(jù)累計，完成對地球的全覆蓋。科學(xué)家從中可以得到不同季節(jié)、不同地區(qū)碳排放情況的“體檢報告”。

李加洪透露，中方還將與地球觀測組織共享碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)，希望能與歐美等碳衛(wèi)星形成聯(lián)合觀測，共同造福人類。

（新華網(wǎng)2016.12.22等）