当前看点!我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”上有哪些“神器”?

来源:华西都市报时间:2022-08-09 08:38:36

8月4日11时08分,我国在太原卫星发射中心使用长征四号乙遥四十运载火箭,成功将陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”以及搭载的交通四号卫星和闵行少年星顺利送入预定轨道,发射任务获得圆满成功。


【资料图】

陆地生态系统碳监测卫星主要用于陆地生态系统碳监测、陆地生态和资源调查监测、国家重大生态工程监测评价,并为环保、测绘、气象、农业、减灾等领域提供业务支撑和研究服务。“句芒号”是我国首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星,能够实现对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。“句芒号”的升空,标志着我国碳汇监测进入遥感时代。

此次发射也是自长征五号B运载火箭成功首飞以来,长征系列运载火箭在800多天内连续成功执行的第100次宇航发射任务,国家航天局负责“句芒号”卫星工程管理、重大事项组织协调、发射许可审批,航天科技集团五院、八院分别负责卫星系统和运载火箭系统抓总研制。

尝试“跨界”“身怀绝技”的“技能之星”

句(gōu)芒,是中国古代民间神话中的木神、春神,主管树木发芽生长,与祝融齐名,象征对自然环境的敬畏与责任。国家航天局公布的信息显示,“句芒号”卫星在轨运行后,可获取全球森林碳汇的多要素遥感信息,提高碳汇计量的效率和精度,转变传统的人工碳汇计量手段,为我国“碳达峰、碳中和”战略落实提供重要的遥感支撑。

森林碳汇监测需要有高精度的植被数据作为支撑,为达到这一要求,研制团队尝试“跨界”,创新性地将天基测绘“激光雷达+光学相机”为代表的主被动联合观测手段应用到森林监测中。

获取高精度的植被高度和面积信息是森林碳汇监测的关键,对应到卫星设计上,即对激光雷达和多光谱相机提出了高要求。为了让“句芒号”具备高精度森林碳汇监测能力,研制团队基于现有技术基础,从性能提升、配置方式、总体设计上做出创新突破,最终满足了森林碳汇监测的需求。

航天科技集团五院遥感卫星总体部专家介绍,这种主被动联合观测模式,不仅充分发挥了激光雷达和多光谱相机的优势,同时还能利用激光校准多光谱相机精度。

“准、全、细、精”碳汇监测的“专业之星”

植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量是计算森林碳汇能力的核心数据。作为森林碳汇监测的“专业之星”,“句芒号”配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等4种载荷支持获取以上数据,确保数据“准、全、细、精”。

植被测高结果“准”。“句芒号”利用多波束激光雷达进行植被测高其实是一个抽样测量的过程,通过计算激光到树冠以及地面的时间差得出树木的高度,而卫星一次测量发射出激光的光束数量、频次决定着测量精度。为最大程度提升植被测高的数据精度,研制团队通过数据反演、仿真分析、应用测试,最终使植被测高精度大幅提升。

获取植被面积“全”。为准确还原森林茂密程度,研制团队为卫星设计安装了5个多光谱相机,实现对地5角度立体观测。同时,为了避免植被阴、阳面光线影响,研制团队创新性提出月球定标方法,确保5角度成像光谱响应一致。实现这些能力后,5角度多光谱相机就能帮助“句芒号”绘制一幅“立体”植被分布图。

叶绿素荧光探测“细”。叶绿素是植被光合作用的关键影响因素,叶绿素荧光高精度制图便是“句芒号”支撑高精度监测的重要环节。但叶绿素荧光的能量非常小,仅有约0.5%到2%以荧光的形式发射出来,为提升叶绿素光谱探测精细程度,科研人员为“句芒号”设计配置了超光谱探测仪,创新使用了光栅分光原理,能够探测到人眼所看不到的太阳光细微的明暗变化。

大气校正数据“精”。为了去除大气对监测数据的影响,研制团队首先为“句芒号”专门配置了偏振成像仪,支持35个角度监测大气PM2.5含量,获取大气横向PM2.5含量信息。此外,研制团队还增配了大气激光雷达,用于获取大气纵向PM2.5含量信息。一横一纵就将数据结果由二维变成了三维立体信息,更加精准。

操控便捷 能自主规划任务的“智能之星”

“句芒号”载荷多、模式多,但其操控十分便捷,是一颗具备自主任务规划能力的“智能之星”。

森林碳汇监测是“句芒号”的主要任务,除此之外,还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域,支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作。因此,“句芒号”任务繁多,工作模式复杂,研制团队既要考虑让卫星支持更多应用,还要考虑让卫星易用、好操控。

为此,研制团队从硬件上保证各种载荷数据独立传递,从软件上让卫星“智能化”,根据设定的边界条件参数辨别海洋、陆地、光照条件,并以此自动规划任务探测流程,实现自主任务规划。

近年来,中国航天快速发展,古老的中华文明也在蓬勃发展的航天事业中得到了传承。

浪漫的“嫦娥奔月”故事为航天探月工程披上浪漫主义色彩,作为国家“十五”重大科研项目,“中华文明探源”工程向世界证明了华夏灿烂的五千年文明,而与它几乎同时开始的探月工程,则把传统中华文化写进了无垠宇宙和星辰大海。

中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”名称取义“效法羲和驭天马,志在长空牧群星”,象征中国对太阳探索的缘起与拓展。

2021年中国航天日,国家航天局正式公布中国第一辆火星车命名:祝融号,将火神的名字送上了万里之遥的火星。这是现代科学与传统文化的跨时空融合,更彰显着中国人的探索精神和文化自信。

“嫦娥”揽月,“羲和”逐日,“祝融”驭火,“北斗”指路,“句芒”探碳……

越来越多的卫星、航天器服务经济社会发展,助力中华民族伟大复兴。后续国家航天局将持续开展“我给卫星起名字”活动,用中式浪漫的航天世界,让大家了解更全面、真实的中国航天。

关键词: 陆地生态系统

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