世界首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星入轨

智能设计让卫星用户省心

获取数据“准、全、细、精”

北京日报客户端 | 记者 刘苏雅 通讯员 张兰兰 刘锦洋 王琬涵

8月4日11时08分，由航天科技集团五院遥感卫星总体部抓总研制的陆地生态系统碳监测卫星，在太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射。该卫星是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，能够实现对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。

我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星

植被测高结果“准”。卫星利用多波束激光雷达进行植被测高，其实是抽样测量过程，通过计算激光到树冠以及地面的时间差计算树木的高度。该卫星能在1秒发射测量激光200次，瞬时功率为太阳光照射到地面功率的40万倍，不过不必担心，绝大部分能量都已在途中耗散完毕，最终到达地面的激光比太阳光还弱。研制团队还对激光雷达所需的卫星环境和硬件配置进行适应性设计，克服散热等难题，测点间隔由公里级跨越至百米级。

陆地生态系统碳监测卫星工作示意图

大气校正数据“精”。偏振成像仪支持35个角度监测大气PM2.5含量，获取大气横向PM2.5含量信息；大气激光雷达用于获取大气纵向PM2.5含量信息。一横一纵，将数据结果由二维变成了三维立体信息，确保大气校正更精准。

这些功能强大的载荷，也给研制团队出了一道额外的难题。从最大程度支持林业遥感应用需求出发，研制团队从总体设计上提出新增超光谱探测仪、多角度偏振成像仪两个载荷，用于探测叶绿素荧光和大气气溶胶。卫星的功能强大了，用户的使用模式丰富了，但两个载荷的增加，直接导致卫星“超重”近100千克。

获取植被面积“全”。为了准确还原森林茂密程度，研制团队为卫星设计安装了5个多光谱相机，实现对地5角度立体观测，并通过月球定标方法确保5角度成像光谱响应一致。一幅“立体”植被分布图就这样被绘制出来，精准覆盖观测区域的一草一木。

该卫星虽然载荷多、模式多，但操控十分便捷，是一颗具备全自主任务规划能力的“智能星”。森林碳汇监测是其主要任务，除此之外，还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域，支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作，按照载荷工作模式组合计算多达47种。

给卫星“减肥”成为了首要难题。研制团队将卫星“拆解”，逐一分析减重可能，从材料和结构方面双管齐下，为其量身定制“减肥方案”。在整星制造上采用轻量化的新型材料，同时，针对激光雷达主镜这一“大块头”，采用全新的结构设计，对镜片逐一抠重量，并建立仿真模型，在确保应用效果的前提下，最终成功将主镜瘦身87%，让卫星顺利通过了“体重关”。

为了让该卫星具备高精度森林碳汇监测能力，研制团队基于现有技术基础，从性能提升、配置方式、总体设计上作出创新突破，以“激光雷达波束翻倍、重频提升逾30倍，配置5个多光谱相机进行5角度综合观测”的方案，满足了森林碳汇监测的需求。这种主被动联合观测模式，不仅充分发挥了激光雷达和多光谱相机的优势，还能利用激光校准多光谱相机精度。

研制团队从硬件上保证各种载荷数据独立传递，从软件上让卫星“智能化”，根据设定的边界条件参数实现自主辨别海洋、陆地、光照条件，并以此自动规划最佳探测任务流程，实现完全的自主任务规划。

叶绿素荧光探测“细”。叶绿素是植被光合作用的关键影响因素，叶绿素荧光高精度制图便是该卫星支撑高精度碳汇监测的重要环节。但叶绿素荧光能量仅为背景能量的50分之一，为了捕捉到它，该卫星搭载的超光谱探测仪创新性使用了光栅分光原理，将光谱分辨率较传统提升了10倍，实现国际首次0.3nm精细探测，能探测到人眼看不到的太阳光细微的明暗变化。

卫星飞天前先“减肥”

空间碳汇监测是实现“双碳”目标的关键工作之一，而获取高精度的植被高度和面积信息是森林碳汇监测的关键。对应到卫星设计上，即对激光雷达和多光谱相机提出了高要求。

该卫星配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等4种载荷，支持获取植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量等计算森林碳汇能力的核心数据。

文章来源：《遥感学报》 网址: http://www.ygxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0804/1173.html