高光譜觀測衛星：洞察現在 抓住未來

文/任長勝

長二丁火箭成功發射高光譜綜合觀測衛星

2022年12月9日，由中國航天科技集團八院抓總研制的高光譜綜合觀測衛星在太原衛星發射中心順利升空并成功入軌。至此，我國高光譜觀測實力進一步提升，也標志著我國高分辨率對地觀測系統重大專項空間段建設任務圓滿收官。什么是高光譜觀測衛星？它具備哪些鮮明的優點？科研人員為此克服了哪些困難？本文對此進行解讀。

▲ 高光譜綜合觀測衛星正在測試

高光譜觀測有“魔力”

顧名思義，高光譜觀測衛星主要利用超高光譜分辨率，能夠同時實現對陸地和大氣的觀測，滿足對于綜合環境監測的迫切需求，尤其是為國內大氣環境監測等環保主營業務提供高光譜數據支持。毫無疑問，這是一個應用廣泛且充滿前景的衛星探測領域。

這次發射成功的高光譜綜合觀測衛星運行于705千米高度的太陽同步軌道，采用SAST1000平臺，重1.2噸，配備了3臺遙感儀器——可見短波紅外高光譜相機、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、寬幅熱紅外成像儀。

據悉，該衛星具有國際幅寬最寬的優于百米分辨率的長波紅外探測能力、國內成像光譜分辨率最高的可見短波高光譜成像能力以及國內空間分辨率最高的污染氣體高光譜探測能力，最后一點特別值得關注。

眾所周知，人類活動大量排放甲烷之類的溫室氣體，是全球變暖的主要因素之一。因此，如何科學化、數字化和精細化地對重點區域的石油、天然氣生產、運輸與煉化以及煤炭開采等行業的甲烷排放實施監管，就成為實現“碳中和”目標的重點課題。

▲ 長二丁火箭發射該衛星任務徽章

高光譜綜合觀測衛星依靠搭載的可見短波紅外高光譜相機，實現了60千米幅寬的可見光至短波紅外譜段的最高2.5納米光譜分辨率。相比2022年9月德國發射的EnMap衛星，我國這顆衛星的幅度、光譜分辨率均提升1倍。借助該相機的強大觀測能力，衛星可對甲烷排放點源的煙羽進行探測，并進一步對煤田、油氣田及垃圾填埋場的甲烷排放量進行監測，“火眼金睛”使造成嚴重污染的違規生產活動無所遁形。

該衛星攜帶了大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，空間分辨率達到國內最高水平，能夠以推掃方式獲取2600千米超大幅寬的紫外至可見光譜段的高光譜數據，定量監測全球大氣痕量氣體成分分布和變化，有望大幅提升監測全球大氣污染物濃度、分布及其動態變化的能力，進而支持復合型大氣污染防治工作。

另外，該衛星還搭載了寬幅熱紅外成像儀，簡單地說，就是一臺具有熱紅外譜段、大幅寬、面向定量應用的光學遙感相機。如同一位辛勤的“巡檢員”，它可以晝夜不停地巡視地表溫度，為熱紅外定量遙感提供百米量級高時間分辨率數據，提升紅外數據應用效能。

高光譜綜合觀測衛星副總師汪自軍表示，“高光譜綜合觀測衛星入軌后，將與高光譜觀測衛星、大氣環境監測衛星組網觀測，實現每天3次大氣環境、紅外全球覆蓋，通過衛星的應急觀測能力，實現對全球熱點區域的快速高光譜重訪觀測。”

▲ 研制團隊工作中

▲ 室內吊起火箭整流罩

多方面攻堅保成功

高光譜綜合觀測衛星性能強大，其成功不是偶然取得的，背后藏著艱辛與曲折。

汪自軍透露，研制團隊需要在18個月內完成這顆衛星。如果團隊只負責這顆衛星，或許還會比較從容。但當時的情況是，團隊同時承擔著4個發射任務，還受到上海疫情影響，壓力很大。

于是，研制團隊積極創新舉措，通過盡量選用型譜通用化產品、分系統一次性交付和裝備衛星、優化發射場測試和整星運輸流程等手段，在保證衛星性能、功能處于最佳狀態的前提下，將能省的時間完全“擠”出來。

具體來說，衛星試驗隊總結了6個“0”：整星0配重、剩磁0補償、熱控0更改、出廠0推遲、操作0失誤、質量0問題。

與我國之前發射的高光譜觀測衛星不同，團隊在這顆高光譜綜合觀測衛星上選用了雙翼的SAST1000平臺，提升了供電的可靠性。

為了排除可能的空間干擾因素，團隊還選擇了對月定標的方案——以月亮為穩定輻射源，進行定標工作，避免了傳統的燈定標和太陽漫射板定標可能造成的不良影響，順便節省了需要攜帶其他定標機構的載荷空間，實現了衛星小型化。

在星箭進場、發射之前，同樣是困難重重?；鸺D場時，氣溫達到零下32攝氏度，試驗隊臨時決定推遲轉場。為了讓火箭“暖和點”，保溫泡沫貼了一塊又一塊，人員呼出的熱氣在帽檐上凝結成霜。即便如此，轉場時地面也冷到零下20攝氏度。當時長二丁火箭已在太原衛星發射中心貯存了近3個月，試驗隊必須排除密封圈老化等隱患。所以說，高光譜綜合觀測衛星的發射成功來之不易。

“這顆衛星的成功發射，標志著我國高分辨率對地觀測系統重大專項空間段建設任務圓滿收官?！蓖糇攒姳硎荆磥砦覈€有更多高光譜觀測的衛星研究項目。

▲ 衛星被裝入火箭整流罩

根據2022年生態環境部發布的《生態環境衛星中長期發展規劃（2021—2035）》，我國到2035年還將進一步補充新一代高光譜觀測、大氣環境監測、快速多體制及高軌高光譜等衛星，全面建成響應快速、天地融合的生態環境立體遙感監測系統，實現“由被動到主動、監測到會診、評估到預警”的技術轉變。

汪自軍透露，2025年前，八院還將發射一顆高精度的溫室氣體綜合探測衛星，與星上雷達合作，用高光譜觀測手段實現對二氧化碳、甲烷等溫室氣體的高精度探測，實現主被動溫室氣體同源監測，助力建成監測要素基本完備的生態環境衛星體系。

八院環境衛星領域總指揮呂利清表示，“環境衛星瞄準‘碳達峰’‘碳中和’‘生態紅線’等國家戰略，‘污染防治攻堅戰’和‘減污降碳協同增效’總要求，全力為‘美麗中國建設’‘生態文明建設’貢獻航天力量”。

可以說，像高光譜綜合觀測衛星這樣的環境衛星們正在努力把最好的未來為人類爭取過來。