碳卫星是这样炼成的

龚建村：工程总体副总指挥，中科院空间中心副主任

尹增山：卫星系统总设计师，中科院微小卫星创新研究院

郑玉权：中科院长春光机所研究员

杨忠东：地面应用系统总设计师

龚建村：我是量子卫星工程的副总指挥，同时担任碳卫星的副总指挥。

这颗碳卫星填补了国内空白，别人有，我们更要有，无论是在一手数据方面，还是争取国际话语权方面，这颗卫星都具有非常重要的意义，这是其一。

另外，在二氧化碳监测方面，可以说我们已经跻身世界先进行列。不是说哪个国家想去监测二氧化碳就可以做到的，这需要具备很多条件。

国际上，目前日本和美国比我们发射，但是我们的碳卫星上去以后，一些核心技术应该还有所领先，因此碳卫星跻身世界先进行列，我觉得是当仁不让。因为在碳卫星的研制过程中，无论是卫星平台的研制单位，还是载荷研制单位，都拿出了最高水平，实现了最高精度。

碳卫星工程任务除了在技术上实现了很多创新突破以外，还离不开管理模式上的创新，更离不开多部委的协同支持。在管理上，可以说是863计划的关键技术突破模式，與空间科学卫星系列工程管理模式的有机结合。

光靠技术攻关，想把一颗卫星发上天是不可能的，这里面还要有工程实施过程中的管理经验，要结合我们国家多发、甚至上百发卫星成功发射的组织管理经验模式，才有可能实现最后的成功。因此，可以说这是科技部、中国科学院、国家气象局等部门，共同谋划，最终实现了碳卫星在技术和管理上的创新，这是一个非常重要的过程。

尹增山：整个碳卫星实际上是从2011年2月份正式启动，到今年经历了6年的时间，时间是不短的，所以也克服了一系列的技术困难。我们采用自动化的定标技术，传统的卫星我们一个载荷定标，一般需要5到6个月时间，那么在碳卫星中这个传感模拟团队用了一到两个月，就完成了一次定标测试。这个完全建立了一个新的系统，更是技术进步。过去我们的卫星，一般都是对地看，或者是对天看。而我们这个卫星在天上，或者对着地球绕着太阳光线，即使对地看的时候，也是绕着太阳光线一直在转，对着太阳定标，对月定标和对着地面这个观测站进行定标来进行验证。所以这个卫星的模式非常多，所以就必须要求这个卫星控制系统非常复杂。团队也克服了这个难题，来实现这个系统能力。

这个地面的核心定标和反演，也是这个项目必须的，所以必须得说一点，这个项目的特点跟别的卫星不一样的是，别的卫星可能在天上拿到图像以后，地面直接看就可以了，而这个是一个天地一体化配合一个卫星系统。即天上要获得非常稳定的数据，地面要放这个两个结合才能得到非常高的二氧化碳浓度的数据。

此外，我们还讲到一个高光谱分辨率，这个卫星要求在轨运行非常稳定。因为二氧化碳在大气中的分布，实际上就是万分之一左右，那么这个浓度非常低，我们要达到4个ppm，也就是百万分之四的话，相当于我们在大气中实现1%以内的探测，这个二氧化碳在1%以内稍微变化，我们必须要察觉到。但二氧化碳变化也是有一个周期性的情况，所以我们的仪器要求非常的稳定。我们整个卫星，包括载荷、包括卫星，包括平台都要相互配合，要考虑空间热能的问题、空间辐照的问题、退化的问题，各种的问题都要达到这个指标，这也是将来我们一个在天入轨以后，要在轨对我们严重的挑战，我们必须要克服。

那么这是技术方面的。现在整个卫星重量是620公斤，它可以16天对全球覆盖一次。也就是它是一个太阳同步轨道的，700公里的太阳同步轨道，空间分辨率是2乘2平方公里。那么从而可以获取全球的数据，因为它是16天，那么有季节性的，可以一个月、一个季度，就是一个月可以两次，一个季度可以六次。当然有云有气象，有各种的情况我们还不能观测。

这样一个季度有5、6次的全球观测，大体上可以获取全球季节性数据，它是一个大体的，非常快速的分辨率探测大气中二氧化碳的分布情况。当然这颗卫星是一颗科学实验卫星，是我们迈出的第一步，通过这颗卫星，以及持续的卫星发射，空间可以组网，我们的系统能力会不断提升。

卫星系统由我们中国科学院微小卫星创新研究院研制，这也是我们在量子卫星发射成功以后的科学实验卫星。这同时也是我们创新研究院，在中科院“4个率先计划”机构改革试点以后第三颗科学实验卫星的情况。

郑玉权：因为长春光机所承担了两个二氧化碳卫星的载荷研究，一个是高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪，一个是多谱段云与气溶胶探测仪，可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确计算二氧化碳浓度剔除干扰因素。

如果从研究过程来讲，历经了6年时间，我们基本上从无到有，再迎头赶上，这个之间的艰辛，我们整个研制团队深有体会。在这个过程中我们遇到了很多问题，包括我们现在已经突破的，包括全自动化一个光谱跟标技术，包括我们整个系统的利用环境的光谱和技术。我们非常高兴整个团队走了这样一个6年的过程，终于把卫星送上天，这是令我们非常欣慰的一件事。

杨忠东：我我把地面应用系统的情况介绍一下。在项目启动之前，我们就开展了需求分析，提出了基本使用要求。研制过程中，我们全程参加指标论证和测试工作。整个地面应用系统主要依赖我们国家风云三号卫星地面应用系统资源。三个卫星地面站，我们国内是东北的佳木斯，西北乌鲁木齐，还有一个是我们6年前建立的北极极区地面站。通过这三个站可以保证把我们碳卫星所有的观测数据，完整及时地接收，这是第一步数据的获取。

然后第二步，收了数据以后，我们要做一系列的处理，实际刚才前面几位专家都讲到了。观测处理精度要求非常高，一个是辐射定标精度，一个光谱定标精度。我们要把这两个定标做得非常好。做了大量的工作，现在已经全部完成科学算法研究和软件开发工作。有精确观测数据，才能保证我们后面4个ppm的大气二氧化碳精度。

第三个方面，我们在全国范围内，建了6个地面的地基精度验证观测站。地基观测精度高于卫星观测，由于它特定的观测的方式，精度要高一个量级，所以可以作为验证手段，用来检验验证卫星精度究竟怎么样。

除了这6个国内站，我们也会联合使用国外地基观测站点数据验证全球观测精度。碳卫星的数据面向所有的用户开放。我们建立了一个数据服务系统。全球的数据，数据量非常大。服务系统会保证及时、准确，向所有的用户包括世界用户，提供数据。

还有最后一点我想强调的是，无论从全球变化研究还是碳源汇调查应用，一颗碳卫星是远不够的，即便是加上美国的OCO-2卫星，观测数据量依然很少。

如果说项目研究有突破，我觉得是我们这个团队，包括地面、卫星、载荷，经过了6年的奋斗，掌握了这种高精度大气遥感观测技术。未来还需要发展更多的大气二氧化碳观测卫星。在2020年之前，将有两颗风云三号卫星携带二氧化碳观测遥感仪器，共同努力来满足经济社会发展需求。