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新華社記者胡喆、宋晨
8月4日，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星“句芒號”在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號乙遙四十運載火箭成功發(fā)射。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星是我國首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，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。“句芒號”的升空，標(biāo)志著我國碳匯監(jiān)測進(jìn)入遙感時代。
此次發(fā)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(nèi)連續(xù)成功執(zhí)行的第100次宇航發(fā)射任務(wù)，國家航天局負(fù)責(zé)“句芒號”衛(wèi)星工程管理、重大事項組織協(xié)調(diào)、發(fā)射許可審批，航天科技集團(tuán)五院、八院分別負(fù)責(zé)衛(wèi)星系統(tǒng)和運載火箭系統(tǒng)抓總研制。
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(fā)芽生長，與祝融齊名，象征對自然環(huán)境的敬畏與責(zé)任。國家航天局公布的信息顯示，“句芒號”衛(wèi)星在軌運行后，可獲取全球森林碳匯的多要素遙感信息，提高碳匯計量的效率和精度，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人工碳匯計量手段，為我國“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略落實提供重要的遙感支撐。
森林碳匯監(jiān)測需要有高精度的植被數(shù)據(jù)作為支撐，為達(dá)到這一要求，研制團(tuán)隊嘗試“跨界”，創(chuàng)新性地將天基測繪“激光雷達(dá)+光學(xué)相機(jī)”為代表的主被動聯(lián)合觀測手段應(yīng)用到森林監(jiān)測中。
獲取高精度的植被高度和面積信息是森林碳匯監(jiān)測的關(guān)鍵，對應(yīng)到衛(wèi)星設(shè)計上，即對激光雷達(dá)和多光譜相機(jī)提出了高要求。為了讓“句芒號”具備高精度森林碳匯監(jiān)測能力，研制團(tuán)隊基于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，從性能提升、配置方式、總體設(shè)計上做出創(chuàng)新突破，最終滿足了森林碳匯監(jiān)測的需求。
航天科技集團(tuán)五院遙感衛(wèi)星總體部專家介紹，這種主被動聯(lián)合觀測模式，不僅充分發(fā)揮了激光雷達(dá)和多光譜相機(jī)的優(yōu)勢，同時還能利用激光校準(zhǔn)多光譜相機(jī)精度。
“準(zhǔn)、全、細(xì)、精”：碳匯監(jiān)測的“專業(yè)之星”
植被高度、植被面積、葉綠素?zé)晒夂痛髿釶M2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數(shù)據(jù)。作為森林碳匯監(jiān)測的“專業(yè)之星”，“句芒號”配置了多波束激光雷達(dá)、多角度多光譜相機(jī)、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)“準(zhǔn)、全、細(xì)、精”。
植被測高結(jié)果“準(zhǔn)”。“句芒號”利用多波束激光雷達(dá)進(jìn)行植被測高其實是一個抽樣測量的過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差得出樹木的高度，而衛(wèi)星一次測量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、頻次決定著測量精度。為最大程度提升植被測高的數(shù)據(jù)精度，研制團(tuán)隊通過數(shù)據(jù)反演、仿真分析、應(yīng)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(zhǔn)確還原森林茂密程度，研制團(tuán)隊為衛(wèi)星設(shè)計安裝了5個多光譜相機(jī)，實現(xiàn)對地5角度立體觀測。同時，為了避免植被陰、陽面光線影響，研制團(tuán)隊創(chuàng)新性提出月球定標(biāo)方法，確保5角度成像光譜響應(yīng)一致。實現(xiàn)這些能力后，5角度多光譜相機(jī)就能幫助“句芒號”繪制一幅“立體”植被分布圖。
葉綠素?zé)晒馓綔y“細(xì)”。葉綠素是植被光合作用的關(guān)鍵影響因素，葉綠素?zé)晒飧呔戎茍D便是“句芒號”支撐高精度監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。但葉綠素?zé)晒獾哪芰糠浅Ｐ?，僅有約0.5%到2%以熒光的形式發(fā)射出來，為提升葉綠素光譜探測精細(xì)程度，科研人員為“句芒號”設(shè)計配置了超光譜探測儀，創(chuàng)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(xì)微的明暗變化。
大氣校正數(shù)據(jù)“精”。為了去除大氣對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，研制團(tuán)隊首先為“句芒號”專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監(jiān)測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息。此外，研制團(tuán)隊還增配了大氣激光雷達(dá)，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱就將數(shù)據(jù)結(jié)果由二維變成了三維立體信息，更加精準(zhǔn)。
操控便捷：能自主規(guī)劃任務(wù)的“智能之星”
“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(wù)規(guī)劃能力的“智能之星”。
森林碳匯監(jiān)測是“句芒號”的主要任務(wù)，除此之外，還可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、測繪、氣象、農(nóng)業(yè)、減災(zāi)等領(lǐng)域，支撐作物評估、植物病蟲害監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急成像等工作。因此，“句芒號”任務(wù)繁多，工作模式復(fù)雜，研制團(tuán)隊既要考慮讓衛(wèi)星支持更多應(yīng)用，還要考慮讓衛(wèi)星易用、好操控。
為此，研制團(tuán)隊從硬件上保證各種載荷數(shù)據(jù)獨立傳遞，從軟件上讓衛(wèi)星“智能化”，根據(jù)設(shè)定的邊界條件參數(shù)辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規(guī)劃任務(wù)探測流程，實現(xiàn)自主任務(wù)規(guī)劃。
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