陸地生態系統碳監測衛星“句芒號”成功發射看點透視

發佈時間:2022-08-05 05:41:56  |  來源:新華網  |  作者:胡喆 宋晨  |  責任編輯:劉維佳
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8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

新華社北京8月4日電 8月4日,陸地生態系統碳監測衛星“句芒號”在太原衛星發射中心由長征四號乙遙四十運載火箭成功發射。陸地生態系統碳監測衛星是我國首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星,能夠實現對森林植被生物量、氣溶膠分佈、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。“句芒號”的升空,標誌著我國碳匯監測進入遙感時代。

此次發射也是自長征五號B運載火箭成功首飛以來,長征系列運載火箭在800多天內連續成功執行的第100次宇航發射任務,國家航太局負責“句芒號”衛星工程管理、重大事項組織協調、發射許可審批,航太科技集團五院、八院分別負責衛星系統和運載火箭系統抓總研製。

8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

嘗試“跨界”:“身懷絕技”的“技能之星”

句芒,是中國古代民間神話中的木神、春神,主管樹木發芽生長,與祝融齊名,象徵對自然環境的敬畏與責任。國家航太局公佈的資訊顯示,“句芒號”衛星在軌運作後,可獲取全球森林碳匯的多要素遙感資訊,提高碳匯計量的效率和精度,轉變傳統的人工碳匯計量手段,為我國“碳達峰、碳中和”戰略落實提供重要的遙感支撐。

森林碳匯監測需要有高精度的植被數據作為支撐,為達到這一要求,研製團隊嘗試“跨界”,創新性地將天基測繪“鐳射雷達+光學相機”為代表的主被動聯合觀測手段應用到森林監測中。

獲取高精度的植被高度和面積資訊是森林碳匯監測的關鍵,對應到衛星設計上,即對鐳射雷達和多光譜相機提出了高要求。為了讓“句芒號”具備高精度森林碳匯監測能力,研製團隊基於現有技術基礎,從性能提升、配置方式、總體設計上做出創新突破,最終滿足了森林碳匯監測的需求。

航太科技集團五院遙感衛星總體部專家介紹,這種主被動聯合觀測模式,不僅充分發揮了鐳射雷達和多光譜相機的優勢,同時還能利用鐳射校準多光譜相機精度。

8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

“準、全、細、精”:碳匯監測的“專業之星”

植被高度、植被面積、葉綠素熒光和大氣PM2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數據。作為森林碳匯監測的“專業之星”,“句芒號”配置了多波束鐳射雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支援獲取以上數據,確保數據“準、全、細、精”。

植被測高結果“準”。“句芒號”利用多波束鐳射雷達進行植被測高其實是一個抽樣測量的過程,通過計算鐳射到樹冠以及地面的時間差得出樹木的高度,而衛星一次測量發射出鐳射的光束數量、頻次決定著測量精度。為最大程度提升植被測高的數據精度,研製團隊通過數據反演、倣真分析、應用測試,最終使植被測高精度大幅提升。

獲取植被面積“全”。為準確還原森林茂密程度,研製團隊為衛星設計安裝了5個多光譜相機,實現對地5角度立體觀測。同時,為了避免植被陰、陽面光線影響,研製團隊創新性提出月球定標方法,確保5角度成像光譜響應一致。實現這些能力後,5角度多光譜相機就能幫助“句芒號”繪製一幅“立體”植被分佈圖。

葉綠素熒光探測“細”。葉綠素是植被光合作用的關鍵影響因素,葉綠素熒光高精度製圖便是“句芒號”支撐高精度監測的重要環節。但葉綠素熒光的能量非常小,僅有約0.5%到2%以熒光的形式發射出來,為提升葉綠素光譜探測精細程度,科研人員為“句芒號”設計配置了超光譜探測儀,創新使用了光柵分光原理,能夠探測到人眼所看不到的太陽光細微的明暗變化。

大氣校正數據“精”。為了去除大氣對監測數據的影響,研製團隊首先為“句芒號”專門配置了偏振成像儀,支援35個角度監測大氣PM2.5含量,獲取大氣橫向PM2.5含量資訊。此外,研製團隊還增配了大氣鐳射雷達,用於獲取大氣縱向PM2.5含量資訊。一橫一縱就將數據結果由二維變成了三維立體資訊,更加精準。

8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

操控便捷:能自主規劃任務的“智慧之星”

“句芒號”載荷多、模式多,但其操控十分便捷,是一顆具備自主任務規劃能力的“智慧之星”。

森林碳匯監測是“句芒號”的主要任務,除此之外,還可廣泛應用於環保、測繪、氣象、農業、減災等領域,支撐作物評估、植物病蟲害監測、災害應急成像等工作。因此,“句芒號”任務繁多,工作模式複雜,研製團隊既要考慮讓衛星支援更多應用,還要考慮讓衛星易用、好操控。

為此,研製團隊從硬體上保證各種載荷數據獨立傳遞,從軟體上讓衛星“智慧化”,根據設定的邊界條件參數辨別海洋、陸地、光照條件,並以此自動規劃任務探測流程,實現自主任務規劃。

8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

8月4日11時08分,我國在太原衛星發射中心使用長征四號乙遙四十運載火箭,成功將陸地生態系統碳監測衛星以及搭載的交通四號衛星和閔行少年星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。新華社發(鄭斌 攝)

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