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  • “句芒號”首飛成功!我國首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星

    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“句芒號”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。

    陸地生態系統碳監測衛星主要用于陸地生態系統碳監測、陸地生態和資源調查監測、國家重大生態工程監測評價,并為環保、測繪、氣象、農業、減災等領域提供業務支撐和研究服務。“句芒號”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、氣溶膠分布、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。“句芒號”的升空,標志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,國家航天局負責“句芒號”衛星工程管理、重大事項組織協調、發射許可審批,航天科技集團五院、八院分別負責衛星系統和運載火箭系統抓總研制。

    嘗試“跨界”“身懷絕技”的“技能之星”

    句(gōu)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,象征對自然環境的敬畏與責任。國家航天局公布的信息顯示,“句芒號”衛星在軌運行后,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,研制團隊嘗試“跨界”,創新地將天基測繪“激光雷達+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信息是森林碳匯監測的關鍵,對應到衛星設計上,即對激光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,研制團隊基于現有技術基礎,從能提升、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。

    航天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,不僅充分發揮了激光雷達和多光譜相機的優勢,同時還能利用激光校準多光譜相機精度。

    “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”配置了多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數據,確保數據“準、全、細、精”。

    植被測高結果“準”。“句芒號”利用多波束激光雷達進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,而衛星一次測量發射出激光的光束數量、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,研制團隊通過數據反演、仿真分析、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,研制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,研制團隊創新提出月球定標方法,確保5角度成像光譜響應一致。實現這些能力后,5角度多光譜相機就能幫助“句芒號”繪制一幅“立體”植被分布圖。

    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,葉綠素熒光高精度制圖便是“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,研制團隊首先為“句芒號”專門配置了偏振成像儀,支持35個角度監測大氣PM2.5含量,獲取大氣橫向PM2.5含量信息。此外,研制團隊還增配了大氣激光雷達,用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱就將數據結果由二維變成了三維立體信息,更加精準。

    操控便捷 能自主規劃任務的“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規劃能力的“智能之星”。

    森林碳匯監測是“句芒號”的主要任務,除此之外,還可廣泛應用于環保、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,工作模式復雜,研制團隊既要考慮讓衛星支持更多應用,還要考慮讓衛星易用、好操控。

    為此,研制團隊從硬件上保證各種載荷數據獨立傳遞,從軟件上讓衛星“智能化”,根據設定的邊界條件參數辨別海洋、陸地、光照條件,并以此自動規劃任務探測流程,實現自主任務規劃。

    年來,中國航天快速發展,古老的中華文明也在蓬勃發展的航天事業中得到了傳承。

    浪漫的“嫦娥奔月”故事為航天探月工程披上浪漫主義色彩,作為國家“十五”重大科研項目,“中華文明探源”工程向世界證明了華夏燦爛的五千年文明,而與它幾乎同時開始的探月工程,則把傳統中華文化寫進了無垠宇宙和星辰大海。

    中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”名稱取義“效法羲和馭天馬,志在長空牧群星”,象征中國對太陽探索的緣起與拓展。

    2021年中國航天日,國家航天局正式公布中國第一輛火星車命名:祝融號,將火神的名字送上了萬里之遙的火星。這是現代科學與傳統文化的跨時空融合,更彰顯著中國人的探索精神和文化自信。

    “嫦娥”攬月,“羲和”逐日,“祝融”馭火,“北斗”指路,“句芒”探碳……

    越來越多的衛星、航天器服務經濟社會發展,助力中華民族偉大復興。后續國家航天局將持續開展“我給衛星起名字”活動,用中式浪漫的航天世界,讓大家了解更全面、真實的中國航天。

    標簽: 森林碳匯 遙感衛星 太原衛星發射中心 長征四號