人民網(wǎng)北京8月4日電 （記者趙竹青）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”。

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星是世界首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素?zé)晒獾母呔�度定量遙感測量。

據(jù)該衛(wèi)星抓總研制單位航天科技集團五院遙感衛(wèi)星總體部有關(guān)專家介紹，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，“句芒號”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。

“跨界”應(yīng)用，天基碳匯監(jiān)測方案橫空出世

據(jù)介紹，森林碳匯監(jiān)測需要有高精度的植被數(shù)據(jù)作為支撐，為了達到這一要求，研制團隊大膽“跨界”，創(chuàng)新性地將天基測繪“激光雷達+光學(xué)相機”為代表的主被動聯(lián)合觀測手段應(yīng)用到森林監(jiān)測中。

獲取高精度的植被高度和面積信息是森林碳匯監(jiān)測的關(guān)鍵，對應(yīng)到衛(wèi)星設(shè)計上，即對激光雷達和多光譜相機提出了高要求。

為了讓衛(wèi)星一步到位具備高精度森林碳匯監(jiān)測能力，衛(wèi)星研制團隊基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，從性能提升、配置方式、總體設(shè)計上作出創(chuàng)新突破，以“激光雷達波束翻倍、重頻提升逾30倍，配置5個多光譜相機進行5角度綜合觀測”的方案，最終滿足了森林碳匯監(jiān)測的需求。

這種主被動聯(lián)合觀測模式，不僅充分發(fā)揮了激光雷達和多光譜相機的優(yōu)勢，同時還能利用激光校準多光譜相機精度，堪稱是天基森林碳匯監(jiān)測的絕佳方案。

創(chuàng)新攻關(guān)，練就碳匯監(jiān)測“多面手”

植被高度、植被面積、葉綠素?zé)晒夂痛髿釶M2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數(shù)據(jù)。

作為森林碳匯監(jiān)測的“專業(yè)星”，該星配置了多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數(shù)據(jù)，其先進的技術(shù)還能確保數(shù)據(jù)“準、全、細、精”。

植被測高結(jié)果“準”。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星利用多波束激光雷達進行植被測高其實是一個抽樣測量的過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差計算樹木的高度，而衛(wèi)星一次測量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、發(fā)射頻次則決定測量精度。為最大程度提升植被測高的數(shù)據(jù)精度，研制團隊通過數(shù)據(jù)反演、仿真分析、應(yīng)用測試等實現(xiàn)1秒發(fā)射測量激光200次的能力，并對激光雷達所需的衛(wèi)星環(huán)境和硬件配置進行適應(yīng)性設(shè)計，克服散熱等難題，最終實現(xiàn)測點間隔由公里級跨越至百米級，植被測高精度大幅提升。

獲取植被面積“全”。為了準確還原森林茂密程度，研制團隊大膽創(chuàng)新、巧思破解，為衛(wèi)星設(shè)計安裝了5個多光譜相機，實現(xiàn)對地5角度立體觀測。同時，為了避免植被陰、陽面光線影響，研制團隊創(chuàng)新性提出月球定標方法，確保5角度成像光譜響應(yīng)一致。實現(xiàn)這些能力后，5角度多光譜相機即能幫助衛(wèi)星繪制一幅“立體”植被分布圖，精準覆蓋觀測區(qū)域的一草一木。

葉綠素?zé)晒馓綔y“細”。葉綠素是植被光合作用的關(guān)鍵影響因素，葉綠素?zé)晒飧呔�度制圖便是“句芒號”支撐高精度碳匯監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。但葉綠素?zé)晒獾哪芰糠浅Ｐ�，僅有約0.5%~2%以熒光的形式發(fā)射出來，為提升葉綠素光譜探測精細程度，科研人員為該星設(shè)計配置了超光譜探測儀，創(chuàng)新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率較傳統(tǒng)提升了10倍，實現(xiàn)國際首次0.3nm精細探測，能夠探測到人眼所看不到的太陽光細微的明暗變化。

大氣校正數(shù)據(jù)“精”。為了去除大氣對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，研制團隊將大氣校正做到了極致。首先，研制團隊為其專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監(jiān)測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息。秉承精益求精的精神，研制團隊還增配了大氣激光雷達，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱就將數(shù)據(jù)結(jié)果由二維變成了三維立體信息，確保大氣校正更精準。

智能設(shè)計，打造空中“掃地機器人”

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星載荷多、模式多，但其操控十分便捷，是一顆具備全自主任務(wù)規(guī)劃能力的“智能星”。

森林碳匯監(jiān)測是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星的主要任務(wù)，除此之外，還可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、測繪、氣象、農(nóng)業(yè)、減災(zāi)等領(lǐng)域，支撐作物評估、植物病蟲害監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急成像等工作。因此，衛(wèi)星任務(wù)繁多，工作模式極其復(fù)雜，按照載荷工作模式組合計算多達47種。

研制團隊考慮要讓衛(wèi)星支持更多應(yīng)用的同時，還要考慮衛(wèi)星易用、好操控。傳統(tǒng)的衛(wèi)星指令操控模式顯然行不通，為此研制團隊從硬件上保證各種載荷數(shù)據(jù)獨立傳遞，從軟件上讓衛(wèi)星“智能化”，根據(jù)設(shè)定的邊界條件參數(shù)實現(xiàn)自主辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規(guī)劃“最佳探測任務(wù)”流程，實現(xiàn)完全的自主任務(wù)規(guī)劃。

在這種設(shè)計下，除了特殊或突發(fā)的任務(wù)外，“句芒號”無需用戶“操心”，就能如同智能掃地機器人一樣，一鍵開機，掃哪里、怎么掃、一氣呵成。

作為實現(xiàn)“雙碳”目標、助力全球生態(tài)管理的重要載體，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星將致力于實現(xiàn)全球生物量及其變化情況的綜合監(jiān)測，為推進全球氣候治理進程貢獻中國力量。

分享讓更多人看到