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(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱“碳衛(wèi)星”)每1.5小時(shí)都會(huì)向國(guó)家衛(wèi)星氣象中心傳輸信號(hào)。“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(guó)家衛(wèi)星氣象中心副主任張鵬在接受科技日?qǐng)?bào)記者獨(dú)家專訪時(shí)說(shuō)。
這是我國(guó)首顆、全球第三顆專門(mén)用于觀測(cè)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(gè)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(cè)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(guó)氣象局組織的碳衛(wèi)星在軌測(cè)試總結(jié)評(píng)審會(huì)上，評(píng)審委員會(huì)鑒定認(rèn)為。
搭載二氧化碳和氣溶膠兩個(gè)探測(cè)儀
“與以往的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星是在可見(jiàn)光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測(cè)二氧化碳濃度，其主要由模塊化衛(wèi)星平臺(tái)、高光譜二氧化碳探測(cè)儀與多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀組成。”張鵬說(shuō)。
大氣中，二氧化碳濃度只有萬(wàn)分之四左右，而按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)，對(duì)二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)的精度優(yōu)于4ppm(百萬(wàn)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(cè)儀具有極高的光譜分辨率和探測(cè)靈敏度。”張鵬說(shuō)，在幾十納米的帶寬上，人眼看只有一個(gè)顏色，二氧化碳探測(cè)儀采用大面積衍射光柵對(duì)吸收光譜進(jìn)行細(xì)分，能夠探測(cè)2.06微米、1.6微米、0.76微米3個(gè)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(cè)儀雖然不是“主角”，但它的作用也不可小覷。“氣溶膠會(huì)使陽(yáng)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(cè)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(shí)，可對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定。”張鵬說(shuō)。
鑒定結(jié)果也表明，高光譜二氧化碳探測(cè)儀和云與氣溶膠探測(cè)儀各項(xiàng)功能滿足任務(wù)書(shū)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(shuō)，這樣測(cè)量出的二氧化碳含量會(huì)更精確。”張鵬說(shuō)。
觀測(cè)姿態(tài)多變 如同跳華爾茲
“碳衛(wèi)星通過(guò)5種觀測(cè)模式組合，完成對(duì)全球二氧化碳的探測(cè)，其裝載的高光譜二氧化碳探測(cè)儀有2000多個(gè)通道，光譜解析度極高。”碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心總工程師盧乃錳說(shuō)。
為滿足碳衛(wèi)星5種觀測(cè)模式和10余種指向模式間自如切換的要求，衛(wèi)星平臺(tái)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(dòng)，就像跳華爾茲一樣，實(shí)現(xiàn)斜著看、豎著看、盯著看。同時(shí)還要觀測(cè)太陽(yáng)和月亮，進(jìn)行對(duì)日、對(duì)月定標(biāo)。
“這就給衛(wèi)星設(shè)計(jì)提出了很高的要求，但事實(shí)證明我們做到了。”張鵬說(shuō)。
的確，有鑒定意見(jiàn)為據(jù)。“在軌測(cè)試結(jié)果表明：衛(wèi)星軌道、姿態(tài)正常;各項(xiàng)遙控遙測(cè)功能、數(shù)傳運(yùn)行正常;星地?cái)?shù)據(jù)接口匹配良好，星上記錄存儲(chǔ)和回放正常，各種工作狀態(tài)切換響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，衛(wèi)星平臺(tái)各項(xiàng)指標(biāo)均符合任務(wù)書(shū)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(wèn)題全球矚目。為更精確地監(jiān)測(cè)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(cè)衛(wèi)星“呼吸”號(hào)(GOSAT)，2014年美國(guó)發(fā)射了OCO-2衛(wèi)星。
按項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我國(guó)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(cè)精度高，與OCO-2衛(wèi)星相當(dāng)。“美國(guó)OCO-2衛(wèi)星只有一個(gè)觀測(cè)二氧化碳的儀器，無(wú)法同時(shí)獲取云和大氣中氣溶膠的信息，而這些信息是衛(wèi)星探測(cè)二氧化碳非常重要的輔助觀測(cè)信息。”張鵬說(shuō)。
盧乃錳也表示，日本GOSAT的有效觀測(cè)點(diǎn)只有300多個(gè)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)加大了衛(wèi)星的掃描寬度，增加了采樣點(diǎn)，使得有效觀測(cè)點(diǎn)比他們多了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
“完成在軌測(cè)試只是第一步，接下來(lái)我們要把接收到的磁信號(hào)處理成可見(jiàn)的光譜信號(hào)，用光譜信號(hào)再反演出空氣中二氧化碳的濃度，反演是整個(gè)處理過(guò)程的核心，從而形成全球二氧化碳觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可供科研人員共享。”張鵬強(qiáng)調(diào)。
