8月4日，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)射中心發(fā)射成功，標志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。
該星由中國航天科技集團五院遙感衛(wèi)星總體部抓總研制，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、災(zāi)害監(jiān)測評估、農(nóng)情遙感監(jiān)測等。為了讓中國森林碳匯邁向天基遙感時代，衛(wèi)星研制團隊花了十年時間鑄星。
激光雷達是衛(wèi)星用來測量與地面物體距離的重要手段之一，2012年，中國航天科技集團五院項目團隊提出攻克激光雷達測量森林高度的難題，為中國研制首顆林業(yè)遙感衛(wèi)星。
為了詳細了解林業(yè)遙感需求，五院遙感衛(wèi)星總體部衛(wèi)星總設(shè)計師曹海翊帶著項目團隊赴研究機構(gòu)、相關(guān)院校等四處“求學”林業(yè)知識。團隊了解到，碳匯是衡量森林固碳能力的重要指標，但在中國，碳匯監(jiān)測需要森林調(diào)查員跋山涉水，深入山林中實地進行樹高和樹木胸徑測量，作業(yè)環(huán)境常受限制。
在曹海翊看來，這一問題可用天基遙感手段解決。經(jīng)過近兩年的深入研究，團隊提出“激光器+相機”的主被動聯(lián)合觀測方案雛形，計劃將光學遙感衛(wèi)星的影像特長與激光雷達測高技術(shù)相結(jié)合，幫助中國林業(yè)部門實現(xiàn)碳匯監(jiān)測跨越升級。
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星工作示意圖 中國航天科技集團五院 供圖
相機如何在碳匯監(jiān)測中發(fā)揮作用？激光雷達如何配置指標？經(jīng)過反復(fù)論證，研制團隊發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的相機不能獲取植被的全方位信息，因此將相機方案定為“多角度、多光譜”遙感相機，通過獲取不同角度的影像進行相關(guān)計算，可以更加精確的獲取植被面積、密度、種類的測量數(shù)據(jù)，再結(jié)合相關(guān)系數(shù)換算得出樹木胸徑。
確定衛(wèi)星相機角度并非易事。相機間夾角過小，圖像達不到區(qū)分效果；夾角過大，圖像會受到大氣影響，難以滿足森林觀測需求。通過近1年的成像仿真實驗，以及與林業(yè)部門開展數(shù)據(jù)分析比對，研制團隊最終確定0度、正負19度、正負41度五個角度，能夠最小化大氣對于觀測圖像質(zhì)量的影響，同時滿足現(xiàn)階段林業(yè)遙感觀測需求。
2017年，碳星研制正式批復(fù)立項。為了盡可能滿足林業(yè)遙感應(yīng)用需求，研制團隊又提出新增超光譜探測儀、多角度偏振成像儀兩個載荷，用于探測葉綠素熒光和大氣氣溶膠。
與常規(guī)的光學遙感衛(wèi)星搭配1至2個載荷不同，碳星需要通過4個載荷完成綜合性觀測任務(wù)。研制團隊因此面臨熱控、載荷控制、數(shù)據(jù)傳輸多個難關(guān)。
多載荷同時工作會產(chǎn)生大量熱量，研制團隊采用可調(diào)節(jié)散熱速率的環(huán)路熱管散熱設(shè)計，將碳星散熱能力提高近10倍。由于相機和激光雷達的“高配置”，衛(wèi)星需要處理的數(shù)據(jù)量提升近30倍，為確保海量數(shù)據(jù)能夠及時、準確地傳給地面用戶，衛(wèi)星研制團隊將星上“數(shù)據(jù)快遞站”進行升級換代，對數(shù)據(jù)接收、星上處理、數(shù)據(jù)下傳能力進行全方位升級。
