文/任長(zhǎng)勝

長(zhǎng)二丁火箭成功發(fā)射高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星

2022年12月9日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)八院抓總研制的高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空并成功入軌。至此，我國(guó)高光譜觀測(cè)實(shí)力進(jìn)一步提升，也標(biāo)志著我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專(zhuān)項(xiàng)空間段建設(shè)任務(wù)圓滿(mǎn)收官。什么是高光譜觀測(cè)衛(wèi)星？它具備哪些鮮明的優(yōu)點(diǎn)？科研人員為此克服了哪些困難？本文對(duì)此進(jìn)行解讀。

▲ 高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星正在測(cè)試

高光譜觀測(cè)有“魔力”

顧名思義，高光譜觀測(cè)衛(wèi)星主要利用超高光譜分辨率，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)陸地和大氣的觀測(cè)，滿(mǎn)足對(duì)于綜合環(huán)境監(jiān)測(cè)的迫切需求，尤其是為國(guó)內(nèi)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等環(huán)保主營(yíng)業(yè)務(wù)提供高光譜數(shù)據(jù)支持。毫無(wú)疑問(wèn)，這是一個(gè)應(yīng)用廣泛且充滿(mǎn)前景的衛(wèi)星探測(cè)領(lǐng)域。

這次發(fā)射成功的高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行于705千米高度的太陽(yáng)同步軌道，采用SAST1000平臺(tái)，重1.2噸，配備了3臺(tái)遙感儀器——可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、寬幅熱紅外成像儀。

據(jù)悉，該衛(wèi)星具有國(guó)際幅寬最寬的優(yōu)于百米分辨率的長(zhǎng)波紅外探測(cè)能力、國(guó)內(nèi)成像光譜分辨率最高的可見(jiàn)短波高光譜成像能力以及國(guó)內(nèi)空間分辨率最高的污染氣體高光譜探測(cè)能力，最后一點(diǎn)特別值得關(guān)注。

眾所周知，人類(lèi)活動(dòng)大量排放甲烷之類(lèi)的溫室氣體，是全球變暖的主要因素之一。因此，如何科學(xué)化、數(shù)字化和精細(xì)化地對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的石油、天然氣生產(chǎn)、運(yùn)輸與煉化以及煤炭開(kāi)采等行業(yè)的甲烷排放實(shí)施監(jiān)管，就成為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重點(diǎn)課題。

▲ 長(zhǎng)二丁火箭發(fā)射該衛(wèi)星任務(wù)徽章

高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星依靠搭載的可見(jiàn)短波紅外高光譜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了60千米幅寬的可見(jiàn)光至短波紅外譜段的最高2.5納米光譜分辨率。相比2022年9月德國(guó)發(fā)射的EnMap衛(wèi)星，我國(guó)這顆衛(wèi)星的幅度、光譜分辨率均提升1倍。借助該相機(jī)的強(qiáng)大觀測(cè)能力，衛(wèi)星可對(duì)甲烷排放點(diǎn)源的煙羽進(jìn)行探測(cè)，并進(jìn)一步對(duì)煤田、油氣田及垃圾填埋場(chǎng)的甲烷排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，“火眼金睛”使造成嚴(yán)重污染的違規(guī)生產(chǎn)活動(dòng)無(wú)所遁形。

該衛(wèi)星攜帶了大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，空間分辨率達(dá)到國(guó)內(nèi)最高水平，能夠以推掃方式獲取2600千米超大幅寬的紫外至可見(jiàn)光譜段的高光譜數(shù)據(jù)，定量監(jiān)測(cè)全球大氣痕量氣體成分分布和變化，有望大幅提升監(jiān)測(cè)全球大氣污染物濃度、分布及其動(dòng)態(tài)變化的能力，進(jìn)而支持復(fù)合型大氣污染防治工作。

另外，該衛(wèi)星還搭載了寬幅熱紅外成像儀，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一臺(tái)具有熱紅外譜段、大幅寬、面向定量應(yīng)用的光學(xué)遙感相機(jī)。如同一位辛勤的“巡檢員”，它可以晝夜不停地巡視地表溫度，為熱紅外定量遙感提供百米量級(jí)高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)，提升紅外數(shù)據(jù)應(yīng)用效能。

高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星副總師汪自軍表示，“高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星入軌后，將與高光譜觀測(cè)衛(wèi)星、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)每天3次大氣環(huán)境、紅外全球覆蓋，通過(guò)衛(wèi)星的應(yīng)急觀測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球熱點(diǎn)區(qū)域的快速高光譜重訪(fǎng)觀測(cè)?！?/p>

▲ 研制團(tuán)隊(duì)工作中

▲ 室內(nèi)吊起火箭整流罩

多方面攻堅(jiān)保成功

高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星性能強(qiáng)大，其成功不是偶然取得的，背后藏著艱辛與曲折。

汪自軍透露，研制團(tuán)隊(duì)需要在18個(gè)月內(nèi)完成這顆衛(wèi)星。如果團(tuán)隊(duì)只負(fù)責(zé)這顆衛(wèi)星，或許還會(huì)比較從容。但當(dāng)時(shí)的情況是，團(tuán)隊(duì)同時(shí)承擔(dān)著4個(gè)發(fā)射任務(wù)，還受到上海疫情影響，壓力很大。

于是，研制團(tuán)隊(duì)積極創(chuàng)新舉措，通過(guò)盡量選用型譜通用化產(chǎn)品、分系統(tǒng)一次性交付和裝備衛(wèi)星、優(yōu)化發(fā)射場(chǎng)測(cè)試和整星運(yùn)輸流程等手段，在保證衛(wèi)星性能、功能處于最佳狀態(tài)的前提下，將能省的時(shí)間完全“擠”出來(lái)。

具體來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星試驗(yàn)隊(duì)總結(jié)了6個(gè)“0”：整星0配重、剩磁0補(bǔ)償、熱控0更改、出廠0推遲、操作0失誤、質(zhì)量0問(wèn)題。

與我國(guó)之前發(fā)射的高光譜觀測(cè)衛(wèi)星不同，團(tuán)隊(duì)在這顆高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星上選用了雙翼的SAST1000平臺(tái)，提升了供電的可靠性。

為了排除可能的空間干擾因素，團(tuán)隊(duì)還選擇了對(duì)月定標(biāo)的方案——以月亮為穩(wěn)定輻射源，進(jìn)行定標(biāo)工作，避免了傳統(tǒng)的燈定標(biāo)和太陽(yáng)漫射板定標(biāo)可能造成的不良影響，順便節(jié)省了需要攜帶其他定標(biāo)機(jī)構(gòu)的載荷空間，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星小型化。

在星箭進(jìn)場(chǎng)、發(fā)射之前，同樣是困難重重?；鸺D(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，氣溫達(dá)到零下32攝氏度，試驗(yàn)隊(duì)臨時(shí)決定推遲轉(zhuǎn)場(chǎng)。為了讓火箭“暖和點(diǎn)”，保溫泡沫貼了一塊又一塊，人員呼出的熱氣在帽檐上凝結(jié)成霜。即便如此，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)地面也冷到零下20攝氏度。當(dāng)時(shí)長(zhǎng)二丁火箭已在太原衛(wèi)星發(fā)射中心貯存了近3個(gè)月，試驗(yàn)隊(duì)必須排除密封圈老化等隱患。所以說(shuō)，高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星的發(fā)射成功來(lái)之不易。

“這顆衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專(zhuān)項(xiàng)空間段建設(shè)任務(wù)圓滿(mǎn)收官?！蓖糇攒姳硎?，未來(lái)我國(guó)還有更多高光譜觀測(cè)的衛(wèi)星研究項(xiàng)目。

▲ 衛(wèi)星被裝入火箭整流罩

根據(jù)2022年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境衛(wèi)星中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035）》，我國(guó)到2035年還將進(jìn)一步補(bǔ)充新一代高光譜觀測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、快速多體制及高軌高光譜等衛(wèi)星，全面建成響應(yīng)快速、天地融合的生態(tài)環(huán)境立體遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“由被動(dòng)到主動(dòng)、監(jiān)測(cè)到會(huì)診、評(píng)估到預(yù)警”的技術(shù)轉(zhuǎn)變。

汪自軍透露，2025年前，八院還將發(fā)射一顆高精度的溫室氣體綜合探測(cè)衛(wèi)星，與星上雷達(dá)合作，用高光譜觀測(cè)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳、甲烷等溫室氣體的高精度探測(cè)，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)溫室氣體同源監(jiān)測(cè)，助力建成監(jiān)測(cè)要素基本完備的生態(tài)環(huán)境衛(wèi)星體系。

八院環(huán)境衛(wèi)星領(lǐng)域總指揮呂利清表示，“環(huán)境衛(wèi)星瞄準(zhǔn)‘碳達(dá)峰’‘碳中和’‘生態(tài)紅線(xiàn)’等國(guó)家戰(zhàn)略，‘污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)’和‘減污降碳協(xié)同增效’總要求，全力為‘美麗中國(guó)建設(shè)’‘生態(tài)文明建設(shè)’貢獻(xiàn)航天力量”。

可以說(shuō)，像高光譜綜合觀測(cè)衛(wèi)星這樣的環(huán)境衛(wèi)星們正在努力把最好的未來(lái)為人類(lèi)爭(zhēng)取過(guò)來(lái)。