“碳星”成功發射，中國首顆碳星如何研制而成？

8月4日，陸地生態系統碳監測衛星(簡稱“碳星”)在太原衛星發射中心發射成功，標志世界首顆森林碳匯主被動聯合觀測遙感衛星正式服役。

　　該星由中國航天科技集團五院遙感衛星總體部抓總研制，將廣泛應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、大氣環境監測和氣候變化中氣溶膠作用研究、災害監測評估、農情遙感監測等。為了讓中國森林碳匯邁向天基遙感時代，衛星研制團隊花了十年時間鑄星。

　　激光雷達是衛星用來測量與地面物體距離的重要手段之一，2012年，中國航天科技集團五院項目團隊提出攻克激光雷達測量森林高度的難題，為中國研制首顆林業遙感衛星。

　　為了詳細了解林業遙感需求，五院遙感衛星總體部衛星總設計師曹海翊帶著項目團隊赴研究機構、相關院校等四處“求學”林業知識。團隊了解到，碳匯是衡量森林固碳能力的重要指標，但在中國，碳匯監測需要森林調查員跋山涉水，深入山林中實地進行樹高和樹木胸徑測量，作業環境常受限制。

　　在曹海翊看來，這一問題可用天基遙感手段解決。經過近兩年的深入研究，團隊提出“激光器+相機”的主被動聯合觀測方案雛形，計劃將光學遙感衛星的影像特長與激光雷達測高技術相結合，幫助中國林業部門實現碳匯監測跨越升級。

　　陸地生態系統碳監測衛星工作示意圖 中國航天科技集團五院供圖

　　相機如何在碳匯監測中發揮作用？激光雷達如何配置指標？經過反復論證，研制團隊發現傳統的相機不能獲取植被的全方位信息，因此將相機方案定為“多角度、多光譜”遙感相機，通過獲取不同角度的影像進行相關計算，可以更加精確的獲取植被面積、密度、種類的測量數據，再結合相關系數換算得出樹木胸徑。

　　確定衛星相機角度并非易事。相機間夾角過小，圖像達不到區分效果；夾角過大，圖像會受到大氣影響，難以滿足森林觀測需求。通過近1年的成像仿真實驗，以及與林業部門開展數據分析比對，研制團隊最終確定0度、正負19度、正負41度五個角度，能夠最小化大氣對于觀測圖像質量的影響，同時滿足現階段林業遙感觀測需求。

　　2017年，碳星研制正式批復立項。為了盡可能滿足林業遙感應用需求，研制團隊又提出新增超光譜探測儀、多角度偏振成像儀兩個載荷，用于探測葉綠素熒光和大氣氣溶膠。

　　與常規的光學遙感衛星搭配1至2個載荷不同，碳星需要通過4個載荷完成綜合性觀測任務。研制團隊因此面臨熱控、載荷控制、數據傳輸多個難關。

　　多載荷同時工作會產生大量熱量，研制團隊采用可調節散熱速率的環路熱管散熱設計，將碳星散熱能力提高近10倍。由于相機和激光雷達的“高配置”，衛星需要處理的數據量提升近30倍，為確保海量數據能夠及時、準確地傳給地面用戶，衛星研制團隊將星上“數據快遞站”進行升級換代，對數據接收、星上處理、數據下傳能力進行全方位升級。