高光谱观测卫星：洞察现在抓住未来

2023-03-14任长胜

太空探索 2023年3期

文/任长胜

长二丁火箭成功发射高光谱综合观测卫星

2022年12月9日，由中国航天科技集团八院抓总研制的高光谱综合观测卫星在太原卫星发射中心顺利升空并成功入轨。至此，我国高光谱观测实力进一步提升，也标志着我国高分辨率对地观测系统重大专项空间段建设任务圆满收官。什么是高光谱观测卫星？它具备哪些鲜明的优点？科研人员为此克服了哪些困难？本文对此进行解读。

▲ 高光谱综合观测卫星正在测试

高光谱观测有“魔力”

顾名思义，高光谱观测卫星主要利用超高光谱分辨率，能够同时实现对陆地和大气的观测，满足对于综合环境监测的迫切需求，尤其是为国内大气环境监测等环保主营业务提供高光谱数据支持。毫无疑问，这是一个应用广泛且充满前景的卫星探测领域。

这次发射成功的高光谱综合观测卫星运行于705千米高度的太阳同步轨道，采用SAST1000平台，重1.2吨，配备了3台遥感仪器——可见短波红外高光谱相机、大气痕量气体差分吸收光谱仪、宽幅热红外成像仪。

据悉，该卫星具有国际幅宽最宽的优于百米分辨率的长波红外探测能力、国内成像光谱分辨率最高的可见短波高光谱成像能力以及国内空间分辨率最高的污染气体高光谱探测能力，最后一点特别值得关注。

众所周知，人类活动大量排放甲烷之类的温室气体，是全球变暖的主要因素之一。因此，如何科学化、数字化和精细化地对重点区域的石油、天然气生产、运输与炼化以及煤炭开采等行业的甲烷排放实施监管，就成为实现“碳中和”目标的重点课题。

▲ 长二丁火箭发射该卫星任务徽章

高光谱综合观测卫星依靠搭载的可见短波红外高光谱相机，实现了60千米幅宽的可见光至短波红外谱段的最高2.5纳米光谱分辨率。相比2022年9月德国发射的EnMap卫星，我国这颗卫星的幅度、光谱分辨率均提升1倍。借助该相机的强大观测能力，卫星可对甲烷排放点源的烟羽进行探测，并进一步对煤田、油气田及垃圾填埋场的甲烷排放量进行监测，“火眼金睛”使造成严重污染的违规生产活动无所遁形。

该卫星携带了大气痕量气体差分吸收光谱仪，空间分辨率达到国内最高水平，能够以推扫方式获取2600千米超大幅宽的紫外至可见光谱段的高光谱数据，定量监测全球大气痕量气体成分分布和变化，有望大幅提升监测全球大气污染物浓度、分布及其动态变化的能力，进而支持复合型大气污染防治工作。

另外，该卫星还搭载了宽幅热红外成像仪，简单地说，就是一台具有热红外谱段、大幅宽、面向定量应用的光学遥感相机。如同一位辛勤的“巡检员”，它可以昼夜不停地巡视地表温度，为热红外定量遥感提供百米量级高时间分辨率数据，提升红外数据应用效能。

高光谱综合观测卫星副总师汪自军表示，“高光谱综合观测卫星入轨后，将与高光谱观测卫星、大气环境监测卫星组网观测，实现每天3次大气环境、红外全球覆盖，通过卫星的应急观测能力，实现对全球热点区域的快速高光谱重访观测。”

▲ 研制团队工作中

▲ 室内吊起火箭整流罩

多方面攻坚保成功

高光谱综合观测卫星性能强大，其成功不是偶然取得的，背后藏着艰辛与曲折。

汪自军透露，研制团队需要在18个月内完成这颗卫星。如果团队只负责这颗卫星，或许还会比较从容。但当时的情况是，团队同时承担着4个发射任务，还受到上海疫情影响，压力很大。

于是，研制团队积极创新举措，通过尽量选用型谱通用化产品、分系统一次性交付和装备卫星、优化发射场测试和整星运输流程等手段，在保证卫星性能、功能处于最佳状态的前提下，将能省的时间完全“挤”出来。

具体来说，卫星试验队总结了6个“0”：整星0配重、剩磁0补偿、热控0更改、出厂0推迟、操作0失误、质量0问题。

与我国之前发射的高光谱观测卫星不同，团队在这颗高光谱综合观测卫星上选用了双翼的SAST1000平台，提升了供电的可靠性。

为了排除可能的空间干扰因素，团队还选择了对月定标的方案——以月亮为稳定辐射源，进行定标工作，避免了传统的灯定标和太阳漫射板定标可能造成的不良影响，顺便节省了需要携带其他定标机构的载荷空间，实现了卫星小型化。

在星箭进场、发射之前，同样是困难重重。火箭转场时，气温达到零下32摄氏度，试验队临时决定推迟转场。为了让火箭“暖和点”，保温泡沫贴了一块又一块，人员呼出的热气在帽檐上凝结成霜。即便如此，转场时地面也冷到零下20摄氏度。当时长二丁火箭已在太原卫星发射中心贮存了近3个月，试验队必须排除密封圈老化等隐患。所以说，高光谱综合观测卫星的发射成功来之不易。

“这颗卫星的成功发射，标志着我国高分辨率对地观测系统重大专项空间段建设任务圆满收官。”汪自军表示，未来我国还有更多高光谱观测的卫星研究项目。