監(jiān)測霧霾神器:中國首顆碳衛(wèi)星飛天
碳衛(wèi)星被譽(yù)為“靈魂舞者”,它在進(jìn)行全球觀測時(shí)需要頻繁調(diào)整姿態(tài),就像“跳”一場太空中的華爾茲。通過對大氣顆粒物的監(jiān)測,為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。
碳衛(wèi)星載荷性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水品,技術(shù)難度也極大。儀器裝調(diào)是一件精度要求極高的工作,即使是零下的低溫,也不能佩戴多余的保暖物品,一方面防止引入多余物,另一方面怕影響裝調(diào)時(shí)的手感,所以只能“要精度、舍溫度”。圖為助理研究員進(jìn)行碳衛(wèi)星原理樣機(jī)1610nm通道準(zhǔn)直鏡筒裝調(diào)
2016年12月22日3時(shí)22分,我國成功發(fā)射全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。這是我國首顆、全球第三顆專門用于“看”全球大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。
全球變暖、極端天氣……嚴(yán)峻的氣候變化形勢面前,減少二氧化碳等溫室氣體的排放成為必然選擇。
碳排放的量化監(jiān)測是各國最終實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要技術(shù)基礎(chǔ),在所有的碳排放量監(jiān)測手段中,目前只有星載高光譜溫室氣體探測技術(shù)既能對二氧化碳等溫室氣體濃度進(jìn)行高精度探測,又能獲取全球各區(qū)域的氣體濃度分布數(shù)據(jù)。
如此大局下,中國人自己的碳衛(wèi)星已是“星”在弦上,勢在必發(fā)。國家科技部-863計(jì)劃在十二五期間專門設(shè)置了“全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項(xiàng)目(簡稱全球碳監(jiān)測衛(wèi)星項(xiàng)目),使我國在高光譜大氣二氧化碳濃度觀測方面達(dá)到國際先進(jìn)水平。
這顆620公斤重的衛(wèi)星雖然名曰“碳衛(wèi)星”,卻并不能直接“看到”二氧化碳在哪里,而是要借助太陽光的照射,去跟蹤經(jīng)大氣散射出來的光,間接地“反演”出大氣二氧化碳的濃度。
太陽光經(jīng)過大氣,總有一些“特定的頻點(diǎn)”被其中聚集的二氧化碳吸收。
碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家盧乃錳介紹,在反射或散射出來的光中,如果“特定的頻點(diǎn)”很弱,那么可以推斷,這里的二氧化碳分子比較密集;反之,“特定頻點(diǎn)”很強(qiáng),則可推斷二氧化碳分子較少。在這個(gè)過程,碳衛(wèi)星就扮演眼睛的角色,去判別“強(qiáng)”或者“弱”,科學(xué)家據(jù)此結(jié)論,再進(jìn)行他們通常所說的“反演”。
說起碳衛(wèi)星的眼睛角色,就不得不提它所搭載的兩個(gè)載荷:二氧化碳探測儀、云和氣溶膠探測儀。前者是主載荷,通過獲取高精度的大氣吸收光譜,應(yīng)用反演算法計(jì)算出二氧化碳的濃度。后者可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息,為精確反演CO濃度剔除干擾因素,還可為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。
根據(jù)碳衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師尹增山的說法,碳衛(wèi)星要想進(jìn)行全球觀測,還需要實(shí)現(xiàn)靈活的觀測模式,即頻繁調(diào)整姿態(tài)。碳衛(wèi)星這種頻繁的大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng),就像“跳”一場太空中的華爾茲,它因此被譽(yù)為“靈魂舞者”。
斜著,調(diào)整到耀斑觀測模式,豎著,調(diào)整到天底觀測模式。比如,當(dāng)碳衛(wèi)星飛過海洋時(shí),身子靈活一轉(zhuǎn),斜著身子,看太陽打在海面上的光斑,這就切換到了耀斑觀測模式。
衛(wèi)星要“跳舞”,當(dāng)然需要一副好身板。為此,衛(wèi)星平臺(tái)研究人員攻克了“復(fù)雜姿態(tài)指向控制技術(shù)”難題,給衛(wèi)星配備了復(fù)雜姿態(tài)控制系統(tǒng)。這樣,碳衛(wèi)星就可以在太空中盡展靈活身姿。
此前全球已有兩顆二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星:日本在2009年發(fā)射的“呼吸”號(hào)溫室氣體觀測衛(wèi)星,美國在2014年發(fā)射的OCO-2衛(wèi)星。
科技部國家遙感中心總工程師李加洪說,碳衛(wèi)星不僅填補(bǔ)了中國在該領(lǐng)域的空白,而且整體水平高于“呼吸“號(hào)。它對全球大氣中二氧化碳濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測,給出全球碳分布數(shù)據(jù),不僅體現(xiàn)了中國應(yīng)對全球氣候變化采取的行動(dòng),也展現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)。
完成在軌測試后,碳衛(wèi)星將每隔16天對地球進(jìn)行一次“體檢”,經(jīng)過2-3個(gè)月數(shù)據(jù)累計(jì),完成對地球的全覆蓋??茖W(xué)家從中可以得到不同季節(jié)、不同地區(qū)碳排放情況的“體檢報(bào)告”。
李加洪透露,中方還將與地球觀測組織共享碳衛(wèi)星數(shù)據(jù),希望能與歐美等碳衛(wèi)星形成聯(lián)合觀測,共同造福人類。
(新華網(wǎng)2016.12.22等)