“嗅碳”卫星太空起舞

　　它是精打细算的“账房先生”，为世界各地碳收支开列清单；它是慧眼卓识的“神算子”，通过深入揭示全球碳循环机制，更靠谱地预测全球气候变化；它是漫游太空的“华尔兹舞者”，跳着翩然的舞步将二氧化碳、云与气溶胶的状态尽收眼底。

　　它是我国首颗“嗅碳”卫星，监测精度可达1ppm~4ppm。12月22日凌晨3时22分，碳卫星于甘肃省酒泉卫星发射基地一飞冲天。它的发射，将使我国初步形成针对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力，切实提升我国在国际气候变化方面的话语权。

　　 应运而生，三“星”鼎立

　　全球变暖、温室效应、极端天气、雾霾……气候变化早已成为悬在人类头上的一柄达摩克利斯之剑。面对严峻形势，世界各国纷纷将温室气体减排提上日程，而碳排放的量化监测则是重要的技术基础和保障。

　　“在多种温室气体中，二氧化碳的地位非常独特，因为它跟人类活动甚至每个国家的经济基础密切相关。”科技部国家遥感中心总工程师李加洪说。这不仅是科学问题，更是世界各国政府共同关注的政治问题、经济问题和外交问题。如何在全球尺度上实现对二氧化碳的高精度探测？地面监测站早已不堪重任，“嗅碳”卫星应运而生。

　　由于二氧化碳监测卫星的技术难度很大，目前全球仅有两颗该类卫星在轨工作。一是日本于2009年发射的“呼吸”号温室气体观测卫星，另一颗则是美国2014年发射的OCO-2卫星。如此大局下，中国人自己的碳卫星已是“星”在弦上，势在必发。

　　“这颗碳卫星填补了我国在这一领域的空白，而且整体水平高于日本的‘呼吸号’。我们从后发开始，现在实现了并跑。从这个角度讲，碳卫星的意义如何强调都不过分。”李加洪说。

　　碳卫星工程副总指挥、中科院空间中心副主任龚建村则自豪地说：“碳卫星包含高技术、高水平、高指标，标志着我国在这一领域的研究工作跻身世界前列。”“探测二氧化碳这件事，可不是谁想做都能做的。”

　　难怪科学家们评价它：这是一颗小卫星，但承载了大期望、承担了大使命。

　　 灵活身段，过硬本领

　　这颗620公斤重的卫星主要由3个部分组成：模块化卫星平台、高精度二氧化碳探测仪及云和气溶胶探测仪载荷。每一样，都是技术攻关后的产物。

　　碳卫星被誉为“灵魂舞者”，任务性质要求它在5种观测模式和十几种指向模式之间自如切换。这种频繁的大角度姿态机动，就像一场太空中的华尔兹。

　　卫星要跳舞，当然需要一副好身板。为此，卫星平台研究人员攻克了“复杂姿态指向控制技术”难题，给卫星配备了复杂姿态控制系统。这样，碳卫星就可以在太空中实现天底观测、耀斑观测、目标观测、对日对月定标等多种模式的观测，尽展灵活身姿。

　　中科院微小卫星创新研究院碳卫星总设计师尹增山说：“为数众多的模式，要求碳卫星的整个控制系统非常复杂。平台和载荷都要相互配合，不仅要非常稳定，还须面对空间热、空间辐照、退化等诸多挑战。”

　　高光谱与高空间分辨率CO2探测仪是碳卫星上的主载荷。能够探测2.06μm、1.6μm、0.76μm 3个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，如此高的分辨率在国内光谱仪器的研制上尚属首次。

　　中科院长春光机所研究员郑玉权解释，要想达到这么高的通道数和分辨率，就必须要有足够大的全息光栅。而在此之前，全球只有法国一家公司能够提供这种光栅。“我们觉得，这么核心的技术、这么关键的器件，必须掌握在自己手里。”他说。

　　于是，长春光机所的科研人员历经6年的攻坚克难，建立了全息衍射光栅的制造系统，建成了相关检测和研制设施。“从发现问题的困惑，到钻研问题的艰辛，再到解决问题的快乐，我们把整个过程都走了一遍！”郑玉权说。

　　另一台载荷——多谱段云与气溶胶探测仪则负责测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确反演二氧化碳浓度剔除干扰因素。此外，它还能获取全球尺度的气溶胶数据，帮助气象学家提高天气预报的准确性，也为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。

　　郑玉权表示，这两种仪器协同合作，就能提供优质的大气二氧化碳监测数据。

　　 广泛合作，模式创新

　　“一颗卫星上天，光零件就要上万。”龚建村说，“只有大力协同，通力合作才能完成这项任务。”

　　碳卫星绝非孤军作战，卫星、运载、发射场、测控和应用五大系统都会发挥作用。科技部牵头，中科院负责工程总体和卫星系统，气象局负责地面应用……不仅实现了多个部门的密切配合，也实现了“863”计划管理模式和航天工程管理模式的完美结合。

　　地面应用系统总设计师杨忠东介绍，碳卫星的地面应用系统是依托风云三号地面应用系统而建设的。通过精心设计和适用性改造，风云三号的佳木斯、乌鲁木齐、瑞典基律纳站组成碳卫星接收站网，可以实现对碳卫星全球数据的接收。

　　碳卫星是合作的产物，也是开放的宝库。杨忠东说，他们建立了数据服务系统，将及时、准确地向全球用户提供一级数据和二级产品。

　　李加洪多次强调，要做全球二氧化碳监测，仅仅一两颗卫星是不够的。除了我国发射的世界第三颗碳卫星，欧洲也已经将碳卫星列入计划。他说：“我们希望通过这颗卫星和美国、日本等其他国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。”（文/李晨阳）