“碳卫星”载荷研发团队探秘 为长春光机所点赞

来源:中国吉林网
2016-03-09 09:01:34
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3月7,前几天,在北京参加全国两会的全国人大代表、中科院院士王家骐向媒体透露了一个消息:我国首颗“碳卫星”已进入整星试验测试阶段,计划今年发射。

他还透露,“碳卫星载荷”是由长春光机所研制的。

7日,中国吉林网记者联系到长春光机所的“碳卫星”载荷研发团队,来聊聊属于“碳卫星”载荷的秘密。

“碳卫星”载荷研发团队探秘 为长春光机所点赞

碳卫星载荷进行电磁兼容性试验

“碳卫星”载荷研发团队探秘 为长春光机所点赞

碳卫星载荷进行电磁兼容性试验

A.长春光机所“碳卫星”载荷研发团队平均年龄不到33

“我们主要研发的是‘碳卫星’载荷。”7日,长春光机所“碳卫星”载荷研发团队有关负责人介绍。

2010年,长春光机所经过项目竞标获得碳卫星全部两台载荷的研制任务——“高光谱与高空间分辨率CO2探测仪”(简称CO2探测仪)和“多谱段云与气溶胶探测仪”(简称CAPI探测仪)。

研发团队以“天宫一号”超光谱成像仪研制团队为基础

2011年,项目正式启动。

鉴于项目意义大、技术指标高、研制周期紧等特点,长春光机所以“天宫一号”超光谱成像仪研制团队为基础,组建了一支既有一定工程经验、又年轻富有战斗力的科研团队。

据介绍,“碳卫星”载荷研究团队32人,平均年龄不到33岁,其中CO2探测仪负责人研究员郑玉权39岁,CAPI探测仪负责人颜昌翔研究员38岁。

正是这样一支年轻的队伍,开启了碳卫星载荷研制攻坚战。

载荷研制面临诸多技术难题

“碳卫星”可实现对大气CO2浓度高精度(4ppm)监测,其核心是光谱载荷的数据精度。为实现系统指标,CO2探测仪的光谱分辨率需达到0.1nm,同时由CAPI探测仪配合对观测区域的气溶胶状态进行测量,作为系统反演参数。

与高指标相呼应的是载荷的研制难度。

虽然团队在空间高光谱仪器研制领域已有良好的研制基础,但“碳卫星”载荷研制仍需突破核心元件制造、高精度光谱定标设计与实现、工程化实施等技术难题。

研发团队突破了一系列核心关键技术

如何解决困难?

研发团队按照关键技术攻关和航天工程实施两条线索开展工作。

几年来,先后完成了两台载荷的设计、原理样机研制及验证、初样载荷研制、航空校飞试验等工作,突破了一系列核心关键技术。

设计上,“碳卫星”两台载荷采用一体化设计思想,在结构、电控、热控等单元均采用一体化的统一设计,最大的降低了载荷重量、功耗等资源的支出,为整星功能实现提供最有利条件。

在核心元件掌握方面,突破了大面积高精度衍射光栅制造、高精度高可靠性指向镜制造关键技术,并且使用空间适用应强的SiC材料作为基底材料,是目前国内同等尺寸下精度最高的全息光栅;指向镜组件采用特殊复合材料制备,在国内首次实现了漫反射面与镜面的一体化制造工艺。

在工程实现上,“碳卫星”载荷团队也付出大量心血。由于仪器性能要求,CO2探测仪在轨时需要在零下20度温度条件工作,由此要求仪器的所有组件装配均需要在零下20度低温下进行。当室外气温已经升至20时,装调小组的几个年轻人需要穿着厚厚的羽绒服,在零下20的低温箱中进行光机装调,而这样的工作一开始就要持续2-3个月。功夫不负有心人,在经过了原理样机、力学热控样机、初样载荷等多个仪器产品是试验验证,“碳卫星”载荷正样不仅达到预期的性能指标,并且通过全部空间环境试验,验证在轨工作的适应性。

目前,“碳卫星”载荷已经完成实验室最终标定交付上海微小卫星工程中心,开始正样阶段整星试验工作。对于“碳卫星”载荷研制团队来说,交付后仍然有许多重要的任务等待完成,也许只有等到卫星入轨后两台仪器获得准确的地球大气光谱数据后,他们才能稍稍的出一口气。

“碳卫星”载荷研发团队探秘 为长春光机所点赞

碳卫星载荷模型

B.“碳卫星”将于年内发射

采访中,中国吉林网记者获悉,整个“碳卫星”任务,除长春光机所负责载荷研制外,卫星系统是由上海微小卫星工程中心负责研制,中国气象局国家卫星气象中心作为“碳卫星”的地面应用系统的承研单位,同时也是这颗卫星未来业务运行的业主单位,负责卫星数据的接收、处理、产品生成和分发以及数据同化系统的运行应用。

7日,中国吉林网记者登录中国气象局官网,找到有关“碳卫星”的消息。据消息称,我国首颗碳卫星国内6个长期地面验证观测站全部确定。这6个地面验证观测站包括中东部城市下垫面综合观测站(北京)、高纬观测站(黑龙江漠河)、 低纬观测站(广东广州)、西部城市下垫面观测站(新疆乌鲁木齐)、沙漠下垫面观测站(新疆塔中)、大气本底观测站(青海瓦里关)

6个观测站将安装在线高精度温室气体探测仪,可根据需要对二氧化碳浓度进行实时监测,同时在北京的综合探测站还设有地基高光谱仪器开展对整层大气二氧化碳浓度垂直变化的监测。据悉,我国将在风云三号系列气象卫星上搭载二氧化碳监测仪器,来进一步增强我国从空间监测全球二氧化碳的能力。

同时,中国气象局官网消息称,“碳卫星”将于今年出厂,发射时间年内择机待定。

“碳卫星”载荷研发团队探秘 为长春光机所点赞

CO2探测仪初样照片

C.啥是“碳卫星”?

为有效掌握全球CO2分布现状及变化趋势,国家科技部863计划在“十二五”专门设置了“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目(简称“全球碳监测卫星项目”)。该项目以二氧化碳遥感监测为切入点,研制并发射以高光谱CO2探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的高空间分辨率和高光谱分辨率全球二氧化碳监测科学实验卫星,建立高光谱卫星地面数据处理与验证系统,形成对全球、中国及其它重点地区CO2浓度监测能力。

我们把它简称为“碳卫星”,顾名思义,就是一颗监测大气“碳”浓度的卫星。

同时,“碳卫星”监测精度优于4ppm,使我国在高光谱大气痕量气体探测方面达到国际先进水平。在全球碳交易的背景下,有卫星这种观测手段,就能知道全球哪个区域二氧化碳含量高,哪个区域二氧化碳含量低。

由于观测二氧化碳的重要性,很多国家都尝试研发碳卫星。早在2000年初,美国、欧洲就已经开始卫星探测二氧化碳含量的技术研发。2009123,日本将温室气体观测卫星“呼吸”号送入太空,这是世界首颗温室气体观测卫星。同年224,美国宇航局“轨道碳观测者(OCO)”卫星发射升空后未能进入预定轨道,不久该卫星坠入南极附近海域。20147月,美国“轨道碳观测者2号(OCO-2)”卫星发射升空。

目前,世界上只有美国和日本拥有碳监测卫星。

如果它发射成功,可填补我国大气二氧化碳浓度遥感监测的空白,为温室气体排放、节能减排等领域的研究决策提供数据支撑,并增加我国在国际碳排放方面的话语权。

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