8月4日11時08分，由航天科技集團(tuán)五院遙感衛(wèi)星總體部抓總研制的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星(簡稱“碳星”)，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號乙運載火箭成功發(fā)射，標(biāo)志著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。

　　在碳星發(fā)射前，我國傳統(tǒng)的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進(jìn)行抽樣監(jiān)測，碳星的應(yīng)用將改變這一現(xiàn)狀，標(biāo)志著我國碳匯監(jiān)測進(jìn)入天基遙感時代。碳星將在碳儲量監(jiān)測、生態(tài)資源詳查、國家重大生態(tài)工程監(jiān)測評價等方向提供遙感監(jiān)測服務(wù)，為“美麗中國”發(fā)揮遙感力量。

　　記者從航天科技集團(tuán)五院獲悉，空間碳匯監(jiān)測是“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵工作之一，此次成功上天入軌的碳星還攜帶著由航天科技集團(tuán)五院508所研制的三件“神器”，這三件“神器”將在日后的“碳匯”量化監(jiān)測和全球“碳家底”摸排中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

　　將應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測等工作

　　記者從國家航天局獲悉，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”。碳星將在碳儲量監(jiān)測、生態(tài)資源詳查、國家重大生態(tài)工程監(jiān)測評價等方向提供遙感監(jiān)測服務(wù)，為“美麗中國”發(fā)揮遙感力量。

　　陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星是國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的首批科研星之一，運行于高度為506公里、傾角97.4度的太陽同步軌道，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榷窟b感測量。

　　該衛(wèi)星將廣泛應(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等工作，同時支持高程控制點獲取、災(zāi)害監(jiān)測評估、農(nóng)情遙感監(jiān)測等需求。

　　據(jù)悉，“句芒號”獲取的全國以及全球森林碳匯數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人工碳匯計量手段，提高碳匯計量的效率和精度，為我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)提供重要的遙感支撐。

　　通過綜合遙感手段獲取森林碳匯信息

　　記者從航天科技集團(tuán)五院獲悉，該衛(wèi)星配置多波束激光雷達(dá)、多角度多光譜相機(jī)、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀4種載荷，采用點-面結(jié)合、主被動結(jié)合的遙感體制，通過“激光+多光譜+多角度+超光譜+偏振”的綜合遙感手段，獲取森林碳匯的多要素遙感信息，提高碳匯反演精度，將顯著提高我國陸地遙感的定量化水平。

　　航天科技集團(tuán)九院704所作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星主載荷多波束激光雷達(dá)的總承研單位，聯(lián)合航天科技集團(tuán)五院508所開展研制工作。據(jù)了解，多波束激光雷達(dá)可同時實現(xiàn)5波束激光高精度高程探測、雙波長激光大氣探測以及對地高分辨成像，將對生態(tài)系統(tǒng)碳收支、大氣環(huán)境及植被進(jìn)行監(jiān)測。它的成功研制和應(yīng)用是我國激光遙感載荷研制領(lǐng)域新的里程碑。

　　航天科技集團(tuán)九院704所介紹，多波束激光雷達(dá)團(tuán)隊自主研制了星載長壽命雙波長激光器，攻克了多波束激光雷達(dá)總體技術(shù)、高精度收發(fā)光軸匹配、高精度偏振探測、微弱信號高信噪比大動態(tài)探測等技術(shù)，使雷達(dá)可對全球植被蓄積量進(jìn)行探測，同時還能讓科研人員進(jìn)一步了解“碳排放”的大氣重要載體——氣溶膠以及云層對天氣、氣候和空氣質(zhì)量的影響，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)被動遙感器在垂直剖面觀測上的空白。

　　此外，航天科技集團(tuán)九院704所還為衛(wèi)星配套研制了固態(tài)存儲器產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用了多項核心關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了產(chǎn)品容量、碼率和數(shù)據(jù)管理能力，保障衛(wèi)星海量、多樣化數(shù)據(jù)存儲需求的同時，有效降低了產(chǎn)品功耗，將為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)智能服務(wù)。

　　揭秘1 “奇幻之眼”

　　超光譜探測儀追捕葉綠素?zé)晒?/p>

　　葉綠素?zé)晒獾奶綔y直接關(guān)系大尺度的植被光合作用動態(tài)監(jiān)測，葉綠素?zé)晒庥诰G植中無處不在，其光譜范圍狹窄，只有納米級寬度。此外，其能量在植被反射能量中又非常微弱，只有1/50的量級。

　　為了追捕葉綠素?zé)晒猓教炜萍技瘓F(tuán)五院508所研制了超光譜探測儀。該探測儀具備高光譜分辨率、高信噪比、高穩(wěn)定性等技能優(yōu)勢。

　　據(jù)航天科技集團(tuán)五院介紹，在高光譜分辨率方面，這只“眼睛”的光譜采樣率為0.1nm，能夠把670nm至780nm之間渾沌在一起的光按次序分成1100份細(xì)光，也就是把這段渾沌光的顏色分成1100個漸變的色彩，這樣就能夠更有效地尋找躲藏在某個漸變色角落里的葉綠素?zé)晒狻?/p>

　　在高信噪比方面，這只“眼睛”的信噪比很強(qiáng)大，葉綠素?zé)晒饽芰勘绕浔尘澳芰啃?0倍，這只“眼睛”卻能夠把比背景能量小200倍的東西一覽無余，因此，即便是在微亮的晨曦，或是昏暗的傍晚，也能夠?qū)θ~綠素?zé)晒膺M(jìn)行無死角探測。

　　同時這臺超光譜探測儀還具有高動態(tài)范圍和高穩(wěn)定性的探測優(yōu)勢。它不僅能在強(qiáng)光里運作，其自身還攜帶了高品質(zhì)的星上定標(biāo)裝置，在軌利用特性永恒的太陽能量不斷地進(jìn)行光譜和輻射定標(biāo)，進(jìn)行穩(wěn)定精準(zhǔn)探測。

　　揭秘2 “奇妙之尺”

　　多波束激光雷達(dá)高精度測量森林

　　激光雷達(dá)作為一種主動遙感技術(shù)，除了能獲得距離信息，還能獲得物體本身的一些特性，這些信息就隱藏在激光的波形信號里。

　　當(dāng)激光從雷達(dá)照射到森林時，光束首先到達(dá)樹頂，一部分激光被樹冠反射回去，另一部分激光則沿著縫隙向下穿透，再被樹木中間的樹葉、枝干反射回去，最后一部分激光到達(dá)地面，被地面反射。這樣，就能得到樹冠、中部、地面的回波，科研人員根據(jù)冠層和地面回波的時間差，就可以計算樹高。

　　航天科技集團(tuán)五院介紹，要在500公里的衛(wèi)星軌道上實現(xiàn)這一目標(biāo)非常困難。首先，由于衛(wèi)星軌道太高，大部分的激光能量都在路上耗散了。其次，激光發(fā)射和接收系統(tǒng)還必須精確地對準(zhǔn)地面同一個目標(biāo)，在500公里之外偏差不能超過55米，這樣才能保證反射回來的光被接收到。并且要求整個激光雷達(dá)在經(jīng)歷了火箭發(fā)射段的振動、太空失重、入軌后冷熱交變的太空環(huán)境后，指向不能發(fā)生改變。

　　多波束激光雷達(dá)創(chuàng)新性地采用了主被動一體化的方式進(jìn)行探測，首次將負(fù)責(zé)主動探測的激光雷達(dá)和被動探測的遙感相機(jī)集成到一臺載荷上。激光雷達(dá)可以獲得森林的垂直高度信息，但它的探測方式是打點，無法回避光斑之間間距較大的遺憾。而遙感相機(jī)可以獲取大范圍地面圖像，研制團(tuán)隊將點探測與面探測有機(jī)結(jié)合起來，從而獲得大范圍森林信息。

　　另外，為了提高探測效率，多波束激光雷達(dá)的波束數(shù)量和重復(fù)頻率大幅提升。相較我國目前在軌的激光雷達(dá)，該星多波束激光雷達(dá)為5波束40Hz，每秒可獲得200個地面光斑信息，光斑間距低至180米，探測效率提升33倍。

　　揭秘3 “多目精靈”

　　多角度多光譜相機(jī)三維立體瞰森林

　　一般的遙感應(yīng)用通常采取垂直對地觀測的方式，隨著太陽高度角及觀測角度的變化，常常使得所觀測的同一地表物體因其反射、輻射信息的很大差異而獲得不同的反饋信息，從而降低了對目標(biāo)物的識別精度和對其參數(shù)反演的準(zhǔn)確度。

　　多角度多光譜相機(jī)是我國首個五角度可見光探測相機(jī)。在對植被的觀測中，可以分別從垂直0度、正負(fù)19度、正負(fù)41度5個方向獲取同一地面景物的多光譜圖像數(shù)據(jù)，獲得更為詳細(xì)可靠的地表三維空間結(jié)構(gòu)信息。

　　據(jù)航天科技集團(tuán)五院介紹，原來一臺相機(jī)從人的頭頂經(jīng)過，垂直觀測，只能看到人的頭頂?，F(xiàn)在拍攝角度多了，不僅能看到人的頭頂，還能看到其面部、后腦勺、前胸后背等多方面、多維度的信息。據(jù)了解，該衛(wèi)星增加了基礎(chǔ)參考信息量，不僅能看清森林冠頂，還能看清它的側(cè)面，這樣就能知道森林的疏密分布、健康、長勢甚至病蟲害情況。

　　同時，這五個角度在觀測光譜的選擇上“暗藏玄機(jī)”，設(shè)計上它還能“看”出森林的健康情況，進(jìn)而推算其固碳能力。由于森林葉綠素含量、冠層結(jié)構(gòu)不同，植被葉片在紅邊波段的反射率會發(fā)生突變，將達(dá)到一個明顯陡峭的斜坡。

　　據(jù)介紹，業(yè)界認(rèn)為，品質(zhì)好的植被其反射率大幅度上升，因此其斜坡斜率越大說明植被越健康。正是利用這個特點，科研人員設(shè)計時將其中兩臺大角度觀測相機(jī)全色譜段改換為紅邊譜段，而其余的小角度觀測相機(jī)仍采用了傳統(tǒng)可見光波段設(shè)置，這樣能更加全面準(zhǔn)確地用于觀測植物氮素含量、葉綠素含量、病蟲害、生物量估算等。

　　■ 延展

　　交通四號衛(wèi)星和閔行少年星發(fā)射成功

　　本次發(fā)射任務(wù)，長征四號乙遙四十運載火箭還成功搭載了交通四號衛(wèi)星和閔行少年星2顆小衛(wèi)星。

　　據(jù)了解，交通四號衛(wèi)星是由中國交通通信信息中心和北京和德宇航技術(shù)有限公司共同研制的第三顆VDES試驗衛(wèi)星，整星重量約40kg，該星入軌后，主要開展VDES(VHF Data Exchange System，甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng))載荷、遙感載荷的功能及性能測試，并與和德宇航已經(jīng)在軌運行的其他七顆衛(wèi)星開展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通信體制、協(xié)議試驗驗證。

　　此外，該衛(wèi)星主要提供全球海上船只定位、運行狀態(tài)檢測以及船與船、岸與船和星與船之間的窄帶數(shù)據(jù)雙向通信服務(wù)，在未來水上應(yīng)急、安全監(jiān)管、主權(quán)維護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。同時，作為全球新一代海洋通信系統(tǒng)，星基VDES系統(tǒng)將為我國交通強(qiáng)國、海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略以及國家信息安全提供重要保障。

　　記者從航天科技集團(tuán)八院了解到，另外一顆衛(wèi)星命名為閔行少年星(零碳小先鋒)，由上海市閔行區(qū)教育局、上海航天空間技術(shù)有限公司及相關(guān)企業(yè)基于科普教育和科學(xué)試驗聯(lián)合研制。

　　該衛(wèi)星上裝載的高光譜溫室氣體成像儀源于學(xué)生創(chuàng)意，成于航天專家研發(fā)，意味著青少年親身參與的“巡天探地”方案步入實踐應(yīng)用階段。衛(wèi)星通過一段時間的在軌運行，會把孩子們送給太空的禮物、歌唱祖國等音視頻，通過特定的形式從太空中傳輸下來，有利于系統(tǒng)性地組織測控模擬、測控演練、衛(wèi)星應(yīng)用等一系列航天科普活動。

　　新京報記者 張建林