衛星在太空中遨遊，為地面上的海事、氣象等各領域保駕護航。人們盼望這些“太空眼”能看得越來越清楚，科學家認為，提高遙感衛星的輻射定標精度，減小觀測誤差，對於確保衛星産品反演精度具有決定性作用。此外，氣候變化研究對遙感衛星輻射測量精度提出了前所未有的要求，傳統遙感儀器定標手段以及地面輻射校正技術已無法滿足氣候變化研究的需要，發展新型定標技術體系，解決地球系統變化的長期穩定觀測問題勢在必行。

　　空間輻射測量基準衛星可以在準確遙感地球系統氣候變化信號的同時，從根本上解決目前遙感衛星定標精度不高的問題，這一設想的實現，將對確保遙感衛星定量化應用産生決定性影響。

　　遙感衛星熠熠生輝

　　站得高，才能望得遠。

　　在太空中，每時每刻，遙感衛星都在注視著地球，監測這個系統的雲團、海流、氣溫變化等。利用遙感衛星，可以實現對森林資源進行全面調查、估測農作物産量和水果的産量、進行災害與環境監測，不但能創造很高的經濟效益，也廣泛應用於國防安全。

　　國家衛星氣象中心總工盧乃錳告訴《經濟日報》記者：“我國遙感衛星發展到今天已經有40年的時間，取得的成績有目共睹，以4大業務系列的遙感衛星為基礎，一些專項的衛星計劃以及一些科學實驗衛星都為我國空間衛星技術進步發揮了非常重要的作用。”

　　1988年我國發射氣象衛星，形成極軌和靜止兩個業務衛星系列；1999年發射資源衛星，實現多任務系列衛星綜合觀測；2002年發射海洋衛星，形成海色和海洋動力衛星系列；2008年發射環境減災衛星，形成光學和雷達小衛星星座體系。

　　“從空間解析度來説，民用遙感衛星已經到了米級，這種衛星在生態、環境、測繪以及災害防治方面能發揮重大作用。現在我國氣象衛星的時間解析度已經到了分鐘級。”盧乃錳説。

　　這種分鐘級數據意味著什麼？“它改變了我們以前對靜態衛星遙感圖像的認識，從分鐘級圖像上可以看到對流雲團像開了的鍋一樣，並不像靜止雲圖。”盧乃錳介紹。從分鐘級衛星遙感圖像動畫上可以看到，由於雨滴和冰雹的下落拖帶作用，發展旺盛的雲團底部會有冷空氣下沉（下擊暴流），冷空氣到達地面後，沿著地面擴散，導致周圍的暖濕空氣抬升，産生動力強迫，出現清晰的積雲線。而如果兩條積雲線交匯，其交匯點的地方動力強迫最強，往往新的雷暴就在這裡發生，這一點對比雷達圖像可以佐證。“因此，遙感衛星所提供的高時間解析度資料對短時預報非常重要。”盧乃錳説。

　　國産衛星熠熠生輝，在國際上影響力不斷上升。“我前幾天看到這張海洋衛星的圖，出乎我的預料，海洋衛星是2002年發射的衛星，現在雷達高度竟如此地成功，法國方面對它的評價是不僅品質好，而且非常穩定，這個評價非常難得。”經過與JASON-2的一番比較，國産的海洋衛星HY-2A高度誤差只有0.4釐米。法國已經在自己的業務系統中引入中國的海洋衛星數據。

　　在氣象觀測方面，中國氣象局曾經收到歐洲數值預報中心來函索要風雲衛星資料。這一世界上最先進的數值預報中心通過對中國氣象衛星資料進行3個月的試用，不但肯定中國風雲三號中的一些儀器品質已經和歐美相同的儀器相當，而且要求與中國氣象局建立業務鏈路，實時獲取風雲三號資料。

　　第92屆美國氣象學年會，破例為中國衛星設立分會場，向全世界宣傳中國衛星的價值。國內外學術刊物陸續發表了一批高品質的關於中國衛星的文章，TGARS甚至為風雲三號出版了專刊，中國的遙感衛星開始吸引世界的目光，有了“國際范兒”。

　　精確測量面臨挑戰

　　如同一個沒有刻度的溫度計和尺子，無法給別的物體測量溫度、丈量長度，衛星也要定標，給空間儀器觀測數據進行量值刻度，才能測量得更加精確。但是這個定標過程比起一般的地面儀器標定要複雜許多，而且遙感儀器在軌長期工作存在衰退，定標工作不能一勞永逸。

　　在日前召開的空間輻射測量基準技術發展高層研討會上，中國氣象局副局長于新文表示，自1994年以來，在國家的大力支援下，中國氣象局聯合國內有關單位，建成了地面輻射校正場，取得了許多科研成果，為我國民用衛星在軌定標工作作出了很大貢獻。

　　“我國遙感衛星的輻射校正科學問題以及技術發展已經到了關鍵時刻，一方面中國的遙感衛星發展非常之快，另一方面，我國對於環境可持續發展以及全球變化研究的需求越來越迫切。現在看來，關於衛星輻射校正問題已經成為遙感衛星發展的關鍵問題，成為制約遙感衛星發展的攔路虎。”于新文説。

　　發展衛星輻射校正系統，解決在軌衛星定標問題，是我國量化遙感的迫切需要，也是遙感衛星應用發展的重大需求。

　　回顧歷史，由於20年前航太技術很難在星上對遙感器進行實時精確定標，因此，利用地面輻射特性均勻穩定的目標，將其作為“基準”，在衛星飛過時通過星地同步觀測，將“基準”傳遞到衛星上以校準遙感器偏差，就成為確保在軌衛星觀測精度的有效方法。

　　不過，隨著航太遙感技術的發展和積累，國産衛星的輻射定標精度不高及數據品質參差不齊的現象開始引起關注。比如，紅外光定標精度徘徊在1~1.5K，可見光通道約5%~7%，與0.2K和2%的國際水準存在很大差距。地面輻射校正場技術已經達到理論極限。

　　與此同時，氣候變化研究對遙感衛星輻射測量精度提出了前所未有的要求。“全球能量平衡過程如此精細，我們至今沒能完全理解，而長期的氣候變化監測對衛星觀測提出超高精度觀測要求，氣候變化研究需要甄別每百年不到1K的溫度觀測，太陽輻射直接觀測相對誤差需要穩定在0.1%，反射太陽輻射需要穩定在誤差3%。顯然現有的輻射技術無法滿足這一需要。”盧乃錳説。

　　中科院上海技術物理研究所副所長丁雷告訴記者，監測氣候變化以及驗證氣候預測模型精度的研究都需要高精度的長達10年以上的氣候監測數據。在紅外輻射測溫方面，需要在軌的亮度溫度測量不確定度能夠達到0.1K。這不僅需要儀器在發射前進行精確的校準，同時還要具備在軌的校準驗證能力。

　　“對於簡單的定標而言，發展遙感載荷的定標系統沒有問題，但是要想得到非常高的精度，其定標系統的造價往往超過載荷本身，甚至是載荷成本的5到10倍，而且每一顆衛星都構成非常複雜的定標系統這更不可能，更何況現在本身的技術在空間段也做不到那麼高的精度要求。”盧乃錳説。

　　如何應對衛星定標面臨的種種挑戰，中美科學家幾乎在同一時間想到了同一辦法，這就是空間輻射測量基準衛星。

　　一顆基準星解決定標難題

　　“發射一顆具有極高的輻射測量精度的定標衛星，這顆衛星在繞地球飛行的時候，它會和其他的衛星有一個軌道交叉，利用該衛星與其他遙感衛星對地球同一目標同時空中觀測，就可以把這顆衛星觀測的結果傳遞到另一顆衛星上來標定另一顆衛星。這很像是我們做一個高精度的天平，先用這個天平秤完蘋果，再將蘋果放到別的天平上，去標定好其他任何一個天平。”盧乃錳説。

　　這個方法的好處是用一顆基準星就可以對所有其他遙感衛星進行標定，從而大大降低了每顆衛星都設計高精度定標系統所帶來的成本問題。

　　由於空間輻射測量基準衛星定標精度要比現有遙感衛星高一個數量級以上，必須完成原理突破和技術革新，因此研製難度極大。

　　2006年，美國國家大氣海洋局、航空航太局、國家計量標準局等部門組織上百名科學家，聯合召開氣候變化背景下衛星儀器定標研討會，試圖舉全國之力，共同發展用於氣候變化監測的超高精度空間輻射測量衛星，CLAREEO（Climate Absolute Radiance and Refractivity Observatory）計劃由此産生。美國國家大氣海洋局助理局長親自作報告，呼籲發展空間高精度輻射測量技術，確保氣候變化監測，解決現有遙感衛星的定標問題。

　　國內863計劃在“十二五”期間，針對空間輻射基準源研製關鍵技術，部署了前瞻性項目。隨著項目的啟動，空間輻射測量基準衛星的概念得到國內科技與航太部門的認可和關注。

　　“我們的總體目標是設定面向遙感衛星輻射定標系統發展前沿，統籌規劃，分步實施，通過3個5年計劃的實施把我國空間輻射測量基準衛星送上太空，解決氣候監測的長期穩定性，以及現有的遙感衛星輻射定標精度不夠的問題。”盧乃錳説。

　　“地面輻射測量基準從60年代開始已經經歷了三個階段的發展，但是空間輻射測量現在發展僅僅相當於地面的第一個階段。因為其難度水準和地面完全不一樣，會涉及很多技術問題。”盧乃錳説。

　　到目前為止，現有遙感載荷都難以確保遙感器的定標精度和遙感産品的長期穩定性和可靠性。突破空間遙感載荷的高精度星上輻射定標核心技術，建立我國自主空間輻射基準是我國今後相當長時間內積極努力的前沿課題。

　　“當前，我國多個序列的遙感衛星雖然針對行業應用有所差別，但是儀器輻射定標過程基本相似，需要國家統一輻射計量基準開展衛星在軌定標。在空間平臺上建立可溯源國際單位制SI的統一輻射基準，設計完整可靠的空間基準傳遞鏈，是根本解決星載遙感高精度高穩定度輻射定標的有效途徑。”盧乃錳説。