8月4日11時08分，由航天科技集團五院遙感衛(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(簡稱“碳星”)，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，標志著世界首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測遙感衛(wèi)星正式服役。

　　在碳星發(fā)射前，我國傳統(tǒng)的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進行抽樣監(jiān)測，碳星的應(yīng)用將改變這一現(xiàn)狀，標志著我國碳匯監(jiān)測進入天基遙感時代。碳星將在碳儲量監(jiān)測、生態(tài)資源詳查、國家重大生態(tài)工程監(jiān)測評價等方向提供遙感監(jiān)測服務(wù)，為“美麗中國”發(fā)揮遙感力量。

　　記者從航天科技集團五院獲悉，空間碳匯監(jiān)測是“雙碳”目標的關(guān)鍵工作之一，此次成功上天入軌的碳星還攜帶著由航天科技集團五院508所研制的三件“神器”，這三件“神器”將在日后的“碳匯”量化監(jiān)測和全球“碳家底”摸排中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

　　將應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測等工作

　　記者從國家航天局獲悉，8月4日11時08分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征四號乙運載火箭，成功發(fā)射首顆陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星“句(gōu)芒號”。碳星將在碳儲量監(jiān)測、生態(tài)資源詳查、國家重大生態(tài)工程監(jiān)測評價等方向提供遙感監(jiān)測服務(wù)，為“美麗中國”發(fā)揮遙感力量。

　　陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星是國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的首批科研星之一，運行于高度為506公里、傾角97.4度的太陽同步軌道，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。

　　該衛(wèi)星將廣泛應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測、陸地生態(tài)和資源調(diào)查監(jiān)測、國家重大生態(tài)工程監(jiān)測評價、大氣環(huán)境監(jiān)測和氣候變化中氣溶膠作用研究等工作，同時支持高程控制點獲取、災(zāi)害監(jiān)測評估、農(nóng)情遙感監(jiān)測等需求。

　　據(jù)悉，“句芒號”獲取的全國以及全球森林碳匯數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人工碳匯計量手段，提高碳匯計量的效率和精度，為我國“碳達峰、碳中和”目標提供重要的遙感支撐。

　　通過綜合遙感手段獲取森林碳匯信息

　　記者從航天科技集團五院獲悉，該衛(wèi)星配置多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀4種載荷，采用點-面結(jié)合、主被動結(jié)合的遙感體制，通過“激光+多光譜+多角度+超光譜+偏振”的綜合遙感手段，獲取森林碳匯的多要素遙感信息，提高碳匯反演精度，將顯著提高我國陸地遙感的定量化水平。

　　航天科技集團九院704所作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星主載荷多波束激光雷達的總承研單位，聯(lián)合航天科技集團五院508所開展研制工作。據(jù)了解，多波束激光雷達可同時實現(xiàn)5波束激光高精度高程探測、雙波長激光大氣探測以及對地高分辨成像，將對生態(tài)系統(tǒng)碳收支、大氣環(huán)境及植被進行監(jiān)測。它的成功研制和應(yīng)用是我國激光遙感載荷研制領(lǐng)域新的里程碑。

　　航天科技集團九院704所介紹，多波束激光雷達團隊自主研制了星載長壽命雙波長激光器，攻克了多波束激光雷達總體技術(shù)、高精度收發(fā)光軸匹配、高精度偏振探測、微弱信號高信噪比大動態(tài)探測等技術(shù)，使雷達可對全球植被蓄積量進行探測，同時還能讓科研人員進一步了解“碳排放”的大氣重要載體——氣溶膠以及云層對天氣、氣候和空氣質(zhì)量的影響，彌補了傳統(tǒng)被動遙感器在垂直剖面觀測上的空白。

　　此外，航天科技集團九院704所還為衛(wèi)星配套研制了固態(tài)存儲器產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用了多項核心關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了產(chǎn)品容量、碼率和數(shù)據(jù)管理能力，保障衛(wèi)星海量、多樣化數(shù)據(jù)存儲需求的同時，有效降低了產(chǎn)品功耗，將為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)智能服務(wù)。

　　揭秘1 “奇幻之眼”

　　超光譜探測儀追捕葉綠素熒光

　　葉綠素熒光的探測直接關(guān)系大尺度的植被光合作用動態(tài)監(jiān)測，葉綠素熒光于綠植中無處不在，其光譜范圍狹窄，只有納米級寬度。此外，其能量在植被反射能量中又非常微弱，只有1/50的量級。

　　為了追捕葉綠素熒光，航天科技集團五院508所研制了超光譜探測儀。該探測儀具備高光譜分辨率、高信噪比、高穩(wěn)定性等技能優(yōu)勢。

　　據(jù)航天科技集團五院介紹，在高光譜分辨率方面，這只“眼睛”的光譜采樣率為0.1nm，能夠把670nm至780nm之間渾沌在一起的光按次序分成1100份細光，也就是把這段渾沌光的顏色分成1100個漸變的色彩，這樣就能夠更有效地尋找躲藏在某個漸變色角落里的葉綠素熒光。

　　在高信噪比方面，這只“眼睛”的信噪比很強大，葉綠素熒光能量比其背景能量小50倍，這只“眼睛”卻能夠把比背景能量小200倍的東西一覽無余，因此，即便是在微亮的晨曦，或是昏暗的傍晚，也能夠?qū)θ~綠素熒光進行無死角探測。

　　同時這臺超光譜探測儀還具有高動態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的探測優(yōu)勢。它不僅能在強光里運作，其自身還攜帶了高品質(zhì)的星上定標裝置，在軌利用特性永恒的太陽能量不斷地進行光譜和輻射定標，進行穩(wěn)定精準探測。

　　揭秘2 “奇妙之尺”

　　多波束激光雷達高精度測量森林

　　激光雷達作為一種主動遙感技術(shù)，除了能獲得距離信息，還能獲得物體本身的一些特性，這些信息就隱藏在激光的波形信號里。

　　當激光從雷達照射到森林時，光束首先到達樹頂，一部分激光被樹冠反射回去，另一部分激光則沿著縫隙向下穿透，再被樹木中間的樹葉、枝干反射回去，最后一部分激光到達地面，被地面反射。這樣，就能得到樹冠、中部、地面的回波，科研人員根據(jù)冠層和地面回波的時間差，就可以計算樹高。

　　航天科技集團五院介紹，要在500公里的衛(wèi)星軌道上實現(xiàn)這一目標非常困難。首先，由于衛(wèi)星軌道太高，大部分的激光能量都在路上耗散了。其次，激光發(fā)射和接收系統(tǒng)還必須精確地對準地面同一個目標，在500公里之外偏差不能超過55米，這樣才能保證反射回來的光被接收到。并且要求整個激光雷達在經(jīng)歷了火箭發(fā)射段的振動、太空失重、入軌后冷熱交變的太空環(huán)境后，指向不能發(fā)生改變。

　　多波束激光雷達創(chuàng)新性地采用了主被動一體化的方式進行探測，首次將負責主動探測的激光雷達和被動探測的遙感相機集成到一臺載荷上。激光雷達可以獲得森林的垂直高度信息，但它的探測方式是打點，無法回避光斑之間間距較大的遺憾。而遙感相機可以獲取大范圍地面圖像，研制團隊將點探測與面探測有機結(jié)合起來，從而獲得大范圍森林信息。

　　另外，為了提高探測效率，多波束激光雷達的波束數(shù)量和重復(fù)頻率大幅提升。相較我國目前在軌的激光雷達，該星多波束激光雷達為5波束40Hz，每秒可獲得200個地面光斑信息，光斑間距低至180米，探測效率提升33倍。

　　揭秘3 “多目精靈”

　　多角度多光譜相機三維立體瞰森林

　　一般的遙感應(yīng)用通常采取垂直對地觀測的方式，隨著太陽高度角及觀測角度的變化，常常使得所觀測的同一地表物體因其反射、輻射信息的很大差異而獲得不同的反饋信息，從而降低了對目標物的識別精度和對其參數(shù)反演的準確度。

　　多角度多光譜相機是我國首個五角度可見光探測相機。在對植被的觀測中，可以分別從垂直0度、正負19度、正負41度5個方向獲取同一地面景物的多光譜圖像數(shù)據(jù)，獲得更為詳細可靠的地表三維空間結(jié)構(gòu)信息。

　　據(jù)航天科技集團五院介紹，原來一臺相機從人的頭頂經(jīng)過，垂直觀測，只能看到人的頭頂?，F(xiàn)在拍攝角度多了，不僅能看到人的頭頂，還能看到其面部、后腦勺、前胸后背等多方面、多維度的信息。據(jù)了解，該衛(wèi)星增加了基礎(chǔ)參考信息量，不僅能看清森林冠頂，還能看清它的側(cè)面，這樣就能知道森林的疏密分布、健康、長勢甚至病蟲害情況。

　　同時，這五個角度在觀測光譜的選擇上“暗藏玄機”，設(shè)計上它還能“看”出森林的健康情況，進而推算其固碳能力。由于森林葉綠素含量、冠層結(jié)構(gòu)不同，植被葉片在紅邊波段的反射率會發(fā)生突變，將達到一個明顯陡峭的斜坡。

　　據(jù)介紹，業(yè)界認為，品質(zhì)好的植被其反射率大幅度上升，因此其斜坡斜率越大說明植被越健康。正是利用這個特點，科研人員設(shè)計時將其中兩臺大角度觀測相機全色譜段改換為紅邊譜段，而其余的小角度觀測相機仍采用了傳統(tǒng)可見光波段設(shè)置，這樣能更加全面準確地用于觀測植物氮素含量、葉綠素含量、病蟲害、生物量估算等。

　　■ 延展

　　交通四號衛(wèi)星和閔行少年星發(fā)射成功

　　本次發(fā)射任務(wù)，長征四號乙遙四十運載火箭還成功搭載了交通四號衛(wèi)星和閔行少年星2顆小衛(wèi)星。

　　據(jù)了解，交通四號衛(wèi)星是由中國交通通信信息中心和北京和德宇航技術(shù)有限公司共同研制的第三顆VDES試驗衛(wèi)星，整星重量約40kg，該星入軌后，主要開展VDES(VHF Data Exchange System，甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng))載荷、遙感載荷的功能及性能測試，并與和德宇航已經(jīng)在軌運行的其他七顆衛(wèi)星開展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通信體制、協(xié)議試驗驗證。

　　此外，該衛(wèi)星主要提供全球海上船只定位、運行狀態(tài)檢測以及船與船、岸與船和星與船之間的窄帶數(shù)據(jù)雙向通信服務(wù)，在未來水上應(yīng)急、安全監(jiān)管、主權(quán)維護等方面發(fā)揮重要作用。同時，作為全球新一代海洋通信系統(tǒng)，星基VDES系統(tǒng)將為我國交通強國、海洋強國戰(zhàn)略以及國家信息安全提供重要保障。

　　記者從航天科技集團八院了解到，另外一顆衛(wèi)星命名為閔行少年星(零碳小先鋒)，由上海市閔行區(qū)教育局、上海航天空間技術(shù)有限公司及相關(guān)企業(yè)基于科普教育和科學(xué)試驗聯(lián)合研制。

　　該衛(wèi)星上裝載的高光譜溫室氣體成像儀源于學(xué)生創(chuàng)意，成于航天專家研發(fā)，意味著青少年親身參與的“巡天探地”方案步入實踐應(yīng)用階段。衛(wèi)星通過一段時間的在軌運行，會把孩子們送給太空的禮物、歌唱祖國等音視頻，通過特定的形式從太空中傳輸下來，有利于系統(tǒng)性地組織測控模擬、測控演練、衛(wèi)星應(yīng)用等一系列航天科普活動。

　　新京報記者 張建林