碳卫星是怎样“炼”成的

　　碳卫星很小，但它却是我国迄今为止观测模式最复杂的民用卫星，它通过多种观测模式的组合，让碳排放无处遁形。
　　碳卫星工程总体副总指挥龚建村表示，要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。别小看这个二氧化碳探测仪，它可是监测碳排放的主力，采用大面积衍射光栅对吸收光谱进行细分，最高分辨率达0.04nm，如此高的分辨率在国内光谱仪器上尚属首次。
　　科学家将这项操作类比检查人的指纹，普通仪器只看得到纹理，而二氧化碳探测仪可以把指纹放大100倍，精细地测量每条指纹的宽度和深度。
　　要实现这些核心指标可不是一件容易的事情。科学家们既需要对观测和定标进行巧妙的设计，还需要能做出极高的衍射效率和面型精度大面积全息光栅。据中科院长春光机所研究员郑玉权介绍，为突破探测仪上的关键技术，科研人员从最基础的、制造全息光栅所需的高精度曝光系统研究出发，一点点攻克技术难点，最终在SiC基底上制造出高精度衍射光栅，并在航空校飞试验中进行了验证。
　　二氧化碳探测仪与其他很多星载光学载荷不同，为提高两个红外通道的信噪比、保证光谱探测精度，其在轨工作时要保持在-5℃的温度水平。就是这一简单的条件变化，让科研人员付出巨大努力。在载荷初样、正样研制最紧张的阶段，研究人员连续数月在低温室里工作，经常是户外30℃以上的高温，而在低温室内，却要穿着厚厚的羽绒服、冻着手坚持装调。
　　好容易练就了观测技能，碳卫星还面临着定标难题。二氧化碳探测仪定标系统负责人蔺超介绍，定标技术是确保光谱仪器最终实现精度的关键技术，为保证光谱数据的精准，必须在实验室和在轨工作时，对仪器的光谱性能和辐射性能进行精准标定。科研人员不但为二氧化碳探测仪量身特制了真空定标系统，还利用可调谐激光器和波长及搭建自动化定标系统，大幅提高了实验室定标的效率，使仪器的定标周期较美国的碳卫星OCO-2大幅缩短。
　　为让二氧化碳浓度探测更加精准，科研人员还给碳卫星装上了另一台载荷——多谱段云与气溶胶探测仪可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确反演CO2浓度剔除干扰因素。
　　当然，云与气溶胶探测仪作用还不仅于此。据科技部国家遥感中心总工程师李加洪介绍，它还能够获取全球尺度的气溶胶数据，这不仅可以帮助气象学家提高天气预报的准确性，还可以为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。
　　此外，在科技部、中国科学院的共同组织下，碳卫星按照航天工程模式，组成了卫星、运载、发射场、测控、应用五大系统。
　　碳卫星发射运行后，科学数据将依托风云系列地面接收站资源完成数据下传。这些数据并不是直接可用的二氧化碳浓度分布，需要经过气象学家进行高精度的全球二氧化碳分布反演计算，才能最终成为全球二氧化碳观测数据产品并共享发布。
　　“相比以往气象卫星涉及的反演问题，碳卫星所涉及的是可见光和近红外谱段的反演问题，机理不同，难度加大。这需要考虑云与气溶胶、气压、温度、反照率等多因素的影响，重新设计全新的反演验证系统。”碳卫星首席应用科学家、国家卫星气象中心总工卢乃锰说。
　　碳卫星地面应用系统总设计师杨忠东告诉记者，“二氧化碳气体绝对含量少，要在大的噪音中找到如此小的量，非常难。为此，国内优势单位集中起来联合攻关，啃下了这块硬骨头，填补了国内技术空白。我们以物理模型为基础对大气化学成分二氧化碳的反演，进入了一个新领域”。
　　碳卫星肩负着巨大的使命进入太空探索，除了进行相关科学试验，更好地掌握二氧化碳的全球分布规律、机理，还有巨大的应用价值。“后期卫星传送的信息进行处理、加工、分享、服务时都会按照应用需求，与其他国家共享，同时有效指导我国的节能减排。”李加洪说。
　　（本文来源：经济日报）

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