高分五号“火眼金睛”是怎样炼成的

　　中国高分家族再添一员大将。

　　5月9日凌晨，我国在太原卫星发射中心成功发射第一颗高光谱综合观测卫星高分五号。来自国防科工局、国家航天局的消息显示，此举有望填补国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白，可动态反映我国大气污染状况。

　　高分五号装载2台全新研制的陆地观测载荷和4台全新研制的大气类观测载荷。高分五号卫星总设计师、航天科技集团上海航天技术研究院研究员孙允珠说，正是这六大载荷“神器”让高分五号炼就了“火眼金睛”，也为我国环境监测、国土资源勘探，建设美丽中国增添了一双“慧眼”。

　　地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，可以说，光谱就像人的“指纹”一样，是用以识别和分析不同物体的一种重要的“身份证”。

　　航天科技集团上海航天技术研究院高分五号卫星总指挥蒋光伟说，如果说肉眼光学成像只能看到物质的形状、尺寸等信息，光谱分析则可以通过“图谱合一”探测物质的具体成分，“不仅能探测一个地方有没有矿，还可以分析是何种矿”。

　　也因此，高光谱遥感被看作当前遥感技术的前沿领域，它的出现是遥感界的一场革命。蒋光伟说，作为高分重大专项的重要组成部分，高分五号卫星是实现我国高光谱分辨率对地观测能力的重要标志之一。

　　在遥感领域，一般多光谱卫星有几个或几十个探测通道，高分五号卫星携带的可见短波红外高光谱相机，却有330个探测通道，可以获取0.4至2.5微米谱段的图像和连续光谱信息，其强大探测能力可见一斑。

　　此外，这台相机的可见光谱段光谱分辨率达到5纳米，不仅可以监测饮用水源地污染，还可以通过高光谱成像识别内陆水体绿藻、黄藻等藻类的生长变化情况。

　　蒋光伟说，高分五号搭载的大气主要温室气体监测仪，是国际上首台采用空间外差干涉体制进行温室气体探测的有效载荷，可用于区域大气环境监测，分析全球温室气体起源与经风向传播的“旅行图”，为气候变化研究及环境外交提供基础数据。

　　根据国防科工局、国家航天局披露的消息，高分五号在国内首次运用天底观测、掩星观测、海洋耀斑观测、多角度观测、偏振观测等多种探测手段，多达26种工作模式，几乎涵盖目前光学遥感卫星之所能。

　　从这个角度来说，高分五号作为目前国内探测手段最多的光学遥感卫星，就像是一个全能运动员。孙允珠说，高分五号其实就是将大气和陆地观测两类卫星的功能集合在一颗人造卫星上。

　　这其中，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。

　　蒋光伟打了个比方，这台光谱仪就像是一个超高清广角镜，在距离地球700多公里的太空，不但一天就可以覆盖全球，而且能“看到”大气中含量极少的二氧化硫等污染气体，并定量监测其分布、变化和输运过程。

　　另一个名为大气气溶胶多角度偏振探测仪的设备，则可实现大视场和多角度成像，这意味着，高分五号卫星可以对地表任一目标均可实现9到11个角度的全方位观测，可用于雾霾、大气颗粒物等大气环境监测及气候变化研究。

　　高分五号除了有高光谱的独门功夫，在高定标精度的能耐方面也极为出众。

　　航天科技集团上海航天技术研究院高分五号卫星工程总师徐博明说，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”。

　　高分五号搭载的太阳漫反射板、比辐射计、变温黑体、LED等7类星上定标器，就是用来给卫星载荷光谱定标的工具，其光谱定标精度最高可达0.008波数——这是国内定标精度最高的卫星。

　　高分五号卫星工作的地点是在距离地球700多公里的太阳同步轨道，这里每天都要经历近15次高低温变化和空间辐照影响，这对卫星使用寿命是极大的考验。

　　蒋光伟说，研制团队为此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，哪怕是一个元器件都要寻根究底，保证“历史清白”，开展了75项试验验证工作，突破多项关键技术。

　　值得一提的是，上海航天技术研究院的研制团队做了8万次的读写试验，“相当于在轨使用16年，结果发现一个坏区都没有。”蒋光伟说。

　　他还提到，高分五号卫星的天线在轨期间，每天都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，但研制团队在地面上却足足做了8万次摆动验证试验。

　　一个有必要交代的背景是，此次发射高分五号卫星，对外所称设计寿命为8年。而当前国内低轨遥感业务星的设计寿命，一般仅为3～5年。


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