在距離地面700公里外的預(yù)定軌道上，全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(簡稱“碳衛(wèi)星”)每1.5小時都會向國家衛(wèi)星氣象中心傳輸信號。“它在太空挺好的。”9月6日，碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、國家衛(wèi)星氣象中心副主任張鵬在接受科技日報記者獨(dú)家專訪時說。
這是我國首顆、全球第三顆專門用于觀測全球大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。自去年12月22日發(fā)射至今，它已經(jīng)在太空待了8個多月。
“碳衛(wèi)星的各項(xiàng)功能、性能指標(biāo)符合研制總要求，在軌測試取得成功，建議盡快完成衛(wèi)星在軌交付，發(fā)揮應(yīng)用效益。”日前，在中國氣象局組織的碳衛(wèi)星在軌測試總結(jié)評審會上，評審委員會鑒定認(rèn)為。
搭載二氧化碳和氣溶膠兩個探測儀
“與以往的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度，其主要由模塊化衛(wèi)星平臺、高光譜二氧化碳探測儀與多譜段云與氣溶膠探測儀組成。”張鵬說。
大氣中，二氧化碳濃度只有萬分之四左右，而按照項(xiàng)目設(shè)計，對二氧化碳濃度監(jiān)測的精度優(yōu)于4ppm(百萬分比濃度)。意味著，碳載荷必須能發(fā)現(xiàn)大氣中二氧化碳1%的濃度變化。
“這就需要探測儀具有極高的光譜分辨率和探測靈敏度。”張鵬說，在幾十納米的帶寬上，人眼看只有一個顏色，二氧化碳探測儀采用大面積衍射光柵對吸收光譜進(jìn)行細(xì)分，能夠探測2.06微米、1.6微米、0.76微米3個大氣吸收光譜通道，最高分辨率達(dá)到0.04納米。
多譜段云與氣溶膠探測儀雖然不是“主角”，但它的作用也不可小覷。“氣溶膠會使陽光發(fā)生散射，從而影響到碳衛(wèi)星接收到的輻射信息。而氣溶膠探測儀可以排除大氣氣溶膠的干擾，當(dāng)近地面有大量氣溶膠時，可對其含量進(jìn)行測定。”張鵬說。
鑒定結(jié)果也表明，高光譜二氧化碳探測儀和云與氣溶膠探測儀各項(xiàng)功能滿足任務(wù)書要求，其中前者光譜定標(biāo)精度優(yōu)于指標(biāo)要求。“也就是說，這樣測量出的二氧化碳含量會更精確。”張鵬說。
觀測姿態(tài)多變 如同跳華爾茲
“碳衛(wèi)星通過5種觀測模式組合，完成對全球二氧化碳的探測，其裝載的高光譜二氧化碳探測儀有2000多個通道，光譜解析度極高。”碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家、國家衛(wèi)星氣象中心總工程師盧乃錳說。
為滿足碳衛(wèi)星5種觀測模式和10余種指向模式間自如切換的要求，衛(wèi)星平臺研究人員為其打造出一副好“身板”。也就是所謂的“復(fù)雜姿態(tài)指向控制系統(tǒng)”，讓衛(wèi)星能夠大角度姿態(tài)轉(zhuǎn)動，就像跳華爾茲一樣，實(shí)現(xiàn)斜著看、豎著看、盯著看。同時還要觀測太陽和月亮，進(jìn)行對日、對月定標(biāo)。
“這就給衛(wèi)星設(shè)計提出了很高的要求，但事實(shí)證明我們做到了。”張鵬說。
的確，有鑒定意見為據(jù)。“在軌測試結(jié)果表明：衛(wèi)星軌道、姿態(tài)正常;各項(xiàng)遙控遙測功能、數(shù)傳運(yùn)行正常;星地數(shù)據(jù)接口匹配良好，星上記錄存儲和回放正常，各種工作狀態(tài)切換響應(yīng)及時準(zhǔn)確，衛(wèi)星平臺各項(xiàng)指標(biāo)均符合任務(wù)書要求。”
與美日整體處于并跑水平 部分領(lǐng)先
當(dāng)前，氣候變化問題全球矚目。為更精確地監(jiān)測全球二氧化碳空間分布情況，2009年，日本發(fā)射了溫室氣體觀測衛(wèi)星“呼吸”號(GOSAT)，2014年美國發(fā)射了OCO-2衛(wèi)星。
按項(xiàng)目設(shè)計，我國的碳衛(wèi)星大氣二氧化碳反演精度可達(dá)1—4ppm，比GOSAT衛(wèi)星監(jiān)測精度高，與OCO-2衛(wèi)星相當(dāng)。“美國OCO-2衛(wèi)星只有一個觀測二氧化碳的儀器，無法同時獲取云和大氣中氣溶膠的信息，而這些信息是衛(wèi)星探測二氧化碳非常重要的輔助觀測信息。”張鵬說。
盧乃錳也表示，日本GOSAT的有效觀測點(diǎn)只有300多個，我們在設(shè)計時加大了衛(wèi)星的掃描寬度，增加了采樣點(diǎn)，使得有效觀測點(diǎn)比他們多了一個數(shù)量級。
“完成在軌測試只是第一步，接下來我們要把接收到的磁信號處理成可見的光譜信號，用光譜信號再反演出空氣中二氧化碳的濃度，反演是整個處理過程的核心，從而形成全球二氧化碳觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可供科研人員共享。”張鵬強(qiáng)調(diào)。
