十年磨一“星”,中国首颗碳星如何研制而成?

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十年磨一“星”,中国首颗碳星如何研制而成?

2022年08月04日 14:59 来源:中国新闻网
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十年磨一“星”,中国首颗碳星如何研制而成?
中国航天科技集团五院遥感卫星总体部卫星总设计师曹海翊(左)正在与研制人员交流卫星情况。 中国航天科技集团五院 供图

  中新网北京8月4日电 (张兰兰 王琬涵 刘锦洋)8月4日,陆地生态系统碳监测卫星(简称“碳星”)在太原卫星发射中心发射成功,标志世界首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星正式服役。

  该星由中国航天科技集团五院遥感卫星总体部抓总研制,将广泛应用于陆地生态系统碳监测、陆地生态和资源调查监测、国家重大生态工程监测评价、大气环境监测和气候变化中气溶胶作用研究、灾害监测评估、农情遥感监测等。为了让中国森林碳汇迈向天基遥感时代,卫星研制团队花了十年时间铸星。

  激光雷达是卫星用来测量与地面物体距离的重要手段之一,2012年,中国航天科技集团五院项目团队提出攻克激光雷达测量森林高度的难题,为中国研制首颗林业遥感卫星。

  为了详细了解林业遥感需求,五院遥感卫星总体部卫星总设计师曹海翊带着项目团队赴研究机构、相关院校等四处“求学”林业知识。团队了解到,碳汇是衡量森林固碳能力的重要指标,但在中国,碳汇监测需要森林调查员跋山涉水,深入山林中实地进行树高和树木胸径测量,作业环境常受限制。

  在曹海翊看来,这一问题可用天基遥感手段解决。经过近两年的深入研究,团队提出“激光器+相机”的主被动联合观测方案雏形,计划将光学遥感卫星的影像特长与激光雷达测高技术相结合,帮助中国林业部门实现碳汇监测跨越升级。

陆地生态系统碳监测卫星工作示意图 中国航天科技集团五院 供图
陆地生态系统碳监测卫星工作示意图 中国航天科技集团五院 供图

  相机如何在碳汇监测中发挥作用?激光雷达如何配置指标?经过反复论证,研制团队发现传统的相机不能获取植被的全方位信息,因此将相机方案定为“多角度、多光谱”遥感相机,通过获取不同角度的影像进行相关计算,可以更加精确的获取植被面积、密度、种类的测量数据,再结合相关系数换算得出树木胸径。

  确定卫星相机角度并非易事。相机间夹角过小,图像达不到区分效果;夹角过大,图像会受到大气影响,难以满足森林观测需求。通过近1年的成像仿真实验,以及与林业部门开展数据分析比对,研制团队最终确定0度、正负19度、正负41度五个角度,能够最小化大气对于观测图像质量的影响,同时满足现阶段林业遥感观测需求。

  2017年,碳星研制正式批复立项。为了尽可能满足林业遥感应用需求,研制团队又提出新增超光谱探测仪、多角度偏振成像仪两个载荷,用于探测叶绿素荧光和大气气溶胶。

  与常规的光学遥感卫星搭配1至2个载荷不同,碳星需要通过4个载荷完成综合性观测任务。研制团队因此面临热控、载荷控制、数据传输多个难关。

  多载荷同时工作会产生大量热量,研制团队采用可调节散热速率的环路热管散热设计,将碳星散热能力提高近10倍。由于相机和激光雷达的“高配置”,卫星需要处理的数据量提升近30倍,为确保海量数据能够及时、准确地传给地面用户,卫星研制团队将星上“数据快递站”进行升级换代,对数据接收、星上处理、数据下传能力进行全方位升级。(完)

【编辑:刘欢】
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