我國(guó)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。中科院聲像中心 任暉攝

　　我國(guó)二氧化碳監(jiān)測(cè)水平躋身世界前列

　　根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第四次評(píng)估報(bào)告，受人類活動(dòng)的影響，主要溫室氣體二氧化碳和甲烷的濃度已上升到2500萬(wàn)年以來(lái)的最高值，且依然呈上升趨勢(shì)，地表溫度也在逐年升高。溫室效應(yīng)正直接威脅著全人類的生存和發(fā)展。精確監(jiān)視全球二氧化碳的排放狀況已成為有效開(kāi)展氣候變化研究和應(yīng)對(duì)的迫切要求。

阿拉斯加冰川過(guò)去30年消融的景象，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

　　本次發(fā)射的碳衛(wèi)星作為我國(guó)首顆用于監(jiān)測(cè)全球大氣二氧化碳含量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，圍繞全球氣候變化這一當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)心的全球性重大問(wèn)題，以大氣二氧化碳遙感監(jiān)測(cè)為切入點(diǎn)，利用高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測(cè)儀、多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀等探測(cè)設(shè)備，通過(guò)地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗(yàn)證系統(tǒng)，定期獲取全球二氧化碳分布圖，大氣二氧化碳反演精度將優(yōu)于4ppm，使我國(guó)在大氣二氧化碳監(jiān)測(cè)方面躋身國(guó)際前列。

　　碳衛(wèi)星是國(guó)家科技部為應(yīng)對(duì)全球氣候變化、提升我國(guó)全球二氧化碳監(jiān)測(cè)能力部署的一項(xiàng)重大任務(wù)。通過(guò)863計(jì)劃地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項(xiàng)目立項(xiàng)實(shí)施。由中科院國(guó)家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)工程總體;中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負(fù)責(zé)衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制有效載荷;中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心負(fù)責(zé)地面數(shù)據(jù)接收處理與二氧化碳反演驗(yàn)證系統(tǒng)的研制、建設(shè)和運(yùn)行。

　　負(fù)責(zé)本次發(fā)射任務(wù)的為長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭。本次發(fā)射還搭載發(fā)射中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院自主安排研制的1顆高分辨率微納衛(wèi)星和2顆高光譜微納衛(wèi)星。

　　小衛(wèi)星肩負(fù)大使命

工作人員在低溫實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行儀器調(diào)試，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

　　22日凌晨3時(shí)22分，我國(guó)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空。它成為巡游在地球上空700公里的第三位全球二氧化碳“體檢師”。碳衛(wèi)星將在宇宙中跳起“華爾茲舞步”，不斷變換觀測(cè)模式，完成對(duì)全球二氧化碳的監(jiān)測(cè)，并借助模式同化和反演技術(shù)，最終形成全球碳排放情況的“體檢報(bào)告”。

　　“小衛(wèi)星肩負(fù)大使命?！眹?guó)家遙感中心總工程師李加洪說(shuō)。監(jiān)測(cè)全球二氧化碳分布情況，這是中國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化采取的積極行動(dòng)，也體現(xiàn)了我國(guó)的“大國(guó)擔(dān)當(dāng)”。而且，“知己知彼”，才能在全球氣候談判中掌握主動(dòng)權(quán)，發(fā)出“中國(guó)聲音”。

　　二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，不是想測(cè)就能測(cè)

　　二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，不是你想測(cè)，想測(cè)就能測(cè)。目前為止，只有美國(guó)和日本發(fā)射了自己的碳衛(wèi)星。

美國(guó)OCO-2衛(wèi)星，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

　　二氧化碳在大氣中的濃度本就非常低。碳衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師尹增山介紹，從2011年到2016年年底，經(jīng)過(guò)近六年研制，我國(guó)碳衛(wèi)星探測(cè)精度達(dá)到了優(yōu)于4ppm(百萬(wàn)分比濃度)。也就是說(shuō)，當(dāng)大氣中二氧化碳含量變化超過(guò)百萬(wàn)分之四時(shí)，碳載荷就會(huì)發(fā)現(xiàn)。

　　如何發(fā)現(xiàn)?實(shí)際上，碳衛(wèi)星對(duì)二氧化碳濃度采用的是“間接測(cè)量”法。大氣在太陽(yáng)光照射下，二氧化碳分子會(huì)呈現(xiàn)光譜吸收特性，碳衛(wèi)星通過(guò)精細(xì)測(cè)量其光譜吸收線，可以反演出大氣二氧化碳濃度。

　　但這根線非常窄。要獲取高精度的大氣吸收光譜，就要依靠碳衛(wèi)星的主載荷——高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測(cè)儀。二氧化碳探測(cè)儀核心的技術(shù)指標(biāo)和難點(diǎn)就是要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率和高輻射分辨率，這就如同檢查人的指紋，普通儀器只看得到紋理，而二氧化碳探測(cè)儀可以把指紋放大一百倍，精細(xì)測(cè)量每條指紋的寬度和深度。

　　“要達(dá)到這么精細(xì)的分辨率，必須要有大面積光柵?！敝锌圃洪L(zhǎng)春光機(jī)所研究員鄭玉權(quán)告訴記者，為突破這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，科研人員從最基礎(chǔ)的制造全息光柵所需的高精度曝光系統(tǒng)研究出發(fā)，一點(diǎn)點(diǎn)攻克技術(shù)難關(guān)，最終在碳化硅基底上制造出高精度衍射光柵，并在航空校飛試驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　碳衛(wèi)星探測(cè)儀上的大面積衍射光柵，能夠探測(cè)2.06μm、1.6μm、0.76μm三個(gè)大氣吸收光譜通道，最高分辨率達(dá)到0.04nm，這樣的分辨率，在國(guó)內(nèi)光譜儀器的研制上也尚屬首次。

　　說(shuō)起研制過(guò)程，鄭玉權(quán)感慨頗多。六年的載荷研制，是預(yù)研攻關(guān)和工程實(shí)施的結(jié)合。他們從“無(wú)”到“有”，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破;又迎頭趕上，比肩國(guó)際先進(jìn)水平?！胺凑?，遇到問(wèn)題的彷徨、解決問(wèn)題的艱辛和最終找到答案的歡樂(lè)，我們?nèi)珖L遍了。”

　　碳衛(wèi)星上的“配角”

　　將為研究霧霾提供重要數(shù)據(jù)支撐

　　碳衛(wèi)星上的“配角”——云與氣溶膠探測(cè)儀也不可小覷。氣溶膠，通俗點(diǎn)說(shuō)，就是大氣中的塵埃。探測(cè)儀可以幫忙排除探測(cè)時(shí)云和氣溶膠的影響，提升二氧化碳探測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊忠東表示，從設(shè)計(jì)能力上來(lái)講，這款探測(cè)儀可以為研究霧霾提供重要數(shù)據(jù)支撐。

碳衛(wèi)星載荷系統(tǒng)，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

　　“碳衛(wèi)星本身，就肩負(fù)著‘創(chuàng)新’使命?！崩罴雍檎f(shuō)。作為一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，碳衛(wèi)星身上，至少有四項(xiàng)大膽的技術(shù)創(chuàng)新——大面積光柵、多模式定標(biāo)、敏捷姿態(tài)調(diào)控以及復(fù)雜的反演驗(yàn)證系統(tǒng)。“我們碳衛(wèi)星的整體水平，比日本的還要高。雖是‘后發(fā)’，但我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了‘并跑’。”

　　技術(shù)上的卓越，并非這顆碳衛(wèi)星的唯一追求。在大約半年的在軌測(cè)試之后，碳衛(wèi)星將正式開(kāi)始兩年半的工作——讓二氧化碳濃度數(shù)據(jù)到碗里來(lái)?！拔覀儗凑諔?yīng)用需求，對(duì)后期數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理、共享和服務(wù)?！崩罴雍橥嘎?，科技部聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)氣象局已經(jīng)制定了碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理辦法。碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)將加載到國(guó)家綜合地球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，向國(guó)內(nèi)各類用戶提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。在國(guó)際合作方面，這些數(shù)據(jù)也會(huì)向地球觀測(cè)組織(GEO)共享，這也是中國(guó)對(duì)GEO的實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)。

　　“一顆衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?！辈贿^(guò)，讓楊忠東欣慰的是，六年來(lái)，他們不僅收獲了這顆衛(wèi)星，還了解和掌握了二氧化碳高精度遙感監(jiān)測(cè)儀器的制備過(guò)程。“要滿足中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，我們還要更多碳衛(wèi)星?！钡谝活w有了，后續(xù)的，也就不再遙遠(yuǎn)。