浩瀚太空再次留下“上海制造”烙印,高分五号卫星今晨成功发射

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新民晚报记者 叶薇

 

北京时间5月9日凌晨2点28分

全球首颗对大气和陆地进行综合观测的

高光谱卫星——高分五号发射升空

此次发射任务的一“星”、一“箭”即高分五号卫星、长征四号丙运载火箭均由中国航天科技集团有限公司八院(上海航天技术研究院)抓总研制

从2008年开始卫星背景论证到2018年成功发射

上海航天人孜孜以求,攻关十年

把我国高光谱卫星研制提升到一个新高度

浩瀚太空再次留下“上海制造”的深深烙印

高分五号卫星“乘坐”长征四号丙运载火箭,成功发射升空。马骥 摄 

高分五号卫星能做什么?

 对二氧化硫、臭氧、二氧化碳、甲烷等

污染气体和温室气体进行监测

掌握其浓度变化和空间分布

地质勘探找矿藏

不仅能知道有没有矿

还能知道是什么矿

饮用水源地污染源监测

水里是黄藻还是绿藻

都可以精准识别

农作物估产

今年收成如何提前知晓

看遍全球的话

大宗农产品价格走势心里就有谱啦

探查陆地植被、城市热岛

监测核电站温排水

自然保护区生态监管

……

高分五号卫星在轨飞行效果图。图片来源:上海航天技术研究院

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6台载荷获取“指纹”光谱

地球上不同物质都有自己独特的光谱特征,光谱就像人的“指纹”,是用以识别和分析不同物体的一种重要的“身份证”。 如果说肉眼只能看到物质的形状、尺寸等信息,光谱探测则可以分析物质的具体成分。

高分五号卫星总设计师孙允珠:

“高分五号卫星其实是将大气和陆地观测两类卫星的功能集合在一颗星上,也是世界上第一颗大气和陆地综合高光谱观测卫星。卫星的论证和设计体现了前瞻性和预见性,搭载的6台有效载荷让高分五号卫星练就了环境监测和国土资源勘探的‘火眼金睛’。”

高分专项应用系统副总师、生态环境部卫星环境应用中心主任王桥介绍,以大气污染物为例,不同污染物有不同的光谱反射区域,针对这些反射区域的特点做具体分析,就可以对大气环境进行更加精准的监测。

王桥:

“高分五号搭载了4台大气环境监测仪,使二氧化氮和二氧化硫等污染气体、二氧化碳和甲烷等温室气体高精度遥感探测成为可能。这在过去是做不到的,填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。”

高分五号还搭载了2个水体陆地探测仪。其中,可见短波红外高光谱相机具有330个探测通道、最高光谱分辨率达到5纳米,几乎相当于一张纸厚度的万分之一,是国内光谱分辨率最高的卫星。

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“十八般武艺”实现全方位观测

高分五号卫星总体主任设计师曹琼:

“高分五号卫星就像是一个全能运动员,在国内首次运用高光谱对地成像观测、天底观测、掩星观测、海洋耀斑观测、多角度观测、偏振观测等,是国内探测手段最多的光学遥感卫星,工作模式多达26种,几乎涵盖了目前光学遥感卫星所有的工作模式,可谓是十八般武艺样样精通。”

高分五号卫星搭载的大气痕量气体差分吸收光谱仪,是我国第一台用于二氧化硫、二氧化氮、臭氧等全球污染气体探测的高光谱有效载荷,其天底观测角度达114度,就像是一个广角镜,在705公里高空,不但一天就可以覆盖全球,而且能实现定量监测大气中含量极少的二氧化硫等污染气体的分布、变化和输运过程。

大气气溶胶多角度偏振探测仪不仅对地表任一目标均可实现9至11个角度的全方位观测,而且每个角度还可以实现3个谱段偏振观测图像,是目前国际上多光谱、多角度和偏振探测能力最强的星载大气气溶胶探测仪之一,将在雾霾、大气颗粒物等大气环境监测及气候变化方面发挥重要作用。

高分五号卫星除了具有高光谱的独特优势,在高定标精度方面的表现也很出众。高分五号卫星工程总师徐博明介绍,高精度的定标是高光谱卫星定量化应用的基础,就像一把尺子是否准确需要标校一样,尺子不准,做得再精致,测出的数据也是不准确的。

而高分五号卫星上装载的太阳漫反射板、比辐射计、变温黑体、LED等7类星上定标器,就是用于给星上载荷进行辐射和光谱定标,光谱定标精度最高可达0.008波数,是国内定标精度最高的卫星,足以保证卫星探测信息准确不失真。

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首颗星设计8年确保长寿可靠

国内低轨遥感业务星设计寿命一般为3至5年,高分五号卫星作为首颗科学试验卫星,设计寿命就要求达到8年。

高分五号卫星总指挥蒋光伟介绍说,高分五号卫星在705公里的太阳同步轨道,每天都要经历14次、零下90摄氏度到120摄氏度的高低温变化和空间辐照影响,这对卫星使用寿命是一个极大的考验。

为此,研制团队整整花了一年时间重新论证并改进、优化原先的设计方案,从元器件和线缆,从电源到活动部件,从载荷到平台,一一梳理,哪怕是一个元器件都要寻根究底,保证“历史清白”,并针对探测器、制冷机、光学薄膜、活动部件等寿命薄弱环节开展了75项试验验证工作,突破多项关键技术。

卫星天线在轨每天要进行大角度的摆动,是对使用寿命考验最大的部件之一。即使卫星实际在轨运行8年也只需6万多次摆动,但研制团队在地面做了8万次摆动验证试验,确保满足寿命要求。

高分五号卫星热控实施。图片来源:上海航天技术研究院

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未来探测从“被动到主动”

高分五号卫星在轨运行的前三年也是我国进行环境治理攻坚战的三年。投入使用后,将在我国高光谱分辨率遥感卫星应用方面起到重要示范作用。

航天科技集团八院院长助理张春明介绍,国家大力推进空间基础设施工程建设,在大气监测卫星的未来规划上,八院已有布局。目前,高分五号的02星和大气环境监测星都已获得立项。02星也是高光谱观测星,主要功能是在首颗星基础上增加了紫外高光谱的探测功能;大气监测星主要是增加了激光主动探测的功能。后期还规划了一颗高精度温室气体探测卫星,现在正在立项准备期。

到2021年,天上将有4颗大气监测卫星,可以组网运行,探测手段更加多样,探测更加精准。未来还规划了一颗高轨高光谱卫星,可以实现半小时对我国及周边地区的大气环境监测要素更新一遍。

“我国原来的高光谱卫星都是被动探测,今后我们将由靠阳光反射的被动探测向使用激光主动探测方向发展,由低轨向高轨发展,将在环境治理和国土资源勘测等方面发挥更加重要的作用。”

高分五号卫星太阳帆板展开图。图片来源:上海航天技术研究院

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