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比古代神话的“广目天王”还要厉害,这颗卫星“瞄一眼”就能看到300公里
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-11-05 11:06
摘要:几乎达到目前国内地面接收站在这个波段的上限

地球留下了越来越多的人类痕迹,大自然的脉搏有时因我们而紊乱。人类的未来,会是满目疮痍还是生机勃勃,这取决于我们今天的行动。

为实现人类与自然的和谐相处,联合国提出了“2030年可持续发展”目标。然而,量化数据的缺失成为最大的困境与挑战。

如何体现大国担当,贡献中国力量?11月5日,我国成功发射了全球首颗专门服务联合国2030年可持续发展目标的科学卫星,它将精细刻画“人类活动痕迹”,数据产品将与全球共享。

【“中国解决方案”】

我们现在耳熟能详的“可持续发展战略”,最早源于1987年4月。联合国世界环境与发展委员会首次提出,将其定义为“既满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。

2015年9月,联合国大会通过了《变革我们的世界——2030年可持续发展议程》,制定了17项可持续发展目标,如“在全世界消除一切形式的贫困”“采用可持续的消费和生产模式”等。

研制一颗“可持续发展地球科学卫星”,成为“中国解决方案”。以郭华东院士为首席科学家的中科院百余位科学家团队和中科院微小卫星创新研究院牵头的卫星工程团队,仅用了三年的时间完成了卫星全部研制工作。

与以往对地观测卫星相比,“可持续发展科学卫星”有何不同?

“我国此前发射的地球资源、气象、海洋、环境等应用卫星,是以服务经济发展为主要目标。这次是我国的首颗地球科学卫星,旨在解决人类和地球环境系统相互作用的科学问题。”郭华东说。

以往,对地探测卫星拍摄的大多是白天的照片,难以精细地表征人类活动。灯光是一个很好的参考维度,可以反映城乡夜间经济活动的强度。可持续发展科学卫星是国际上首个高分辨率夜光遥感卫星,其10米分辨率可精确识别城市主次干道及小区灯光分布特性。

目前,全球一半以上人口生活在沿海约200公里范围内,可持续发展科学卫星将对近海与内陆的水质环境进行多谱段探测。7个专业的水质谱段可以准确监测浒苔、蓝藻和赤潮的爆发,预警水质变化。

【国际上首颗可持续发展科学卫星】

“这是我们卫星创新院研制的第75颗卫星,我们希望挑战世界地球科学卫星的最高水平,令人自豪的是,在团队全体成员三年来不懈努力下,核心关键技术也确实取得了突破。”可持续发展科学卫星系统总指挥、中科院微小卫星创新研究院研究员陈宏宇说。

“突破”的背后,意味着攻坚克难。

“地球科学研究需要合适的幅宽和分辨率。古代神话里有一个广目天王,站得高看得远。这颗卫星的小名就是广目,寓意视野宏大,以300公里的大幅宽快速推扫覆盖全球。这相当于它‘看’一眼,就把长三角、珠三角和京津冀这样的经济区宽度一次覆盖进去了,再配以10米的分辨率,对研究区域经济非常有帮助。”陈宏宇说,一天观测的数据达到8Tb,并以1.6Gbps的高速率将数据回传地球,几乎达到了目前国内地面接收站在这个波段的上限。

北极的极夜看不到太阳,只有微弱的月球反光。由中科院长春光机所研制的微光成像仪,成像动态范围达到1000:1,即使对微弱月光下的极夜冰雪,也可以清晰成像。通过全球扫描进而反演全球人居格局、分析城乡经济指数。


微光及多谱段成像仪传函测试

关注生命温度的热红外成像仪由中科院上海技物所研制,它利用人眼察觉不到的红外线,可精确分辨地表0.5℃以上的温度差异,-50℃到70℃的地物全天时清晰成像。

多谱段成像仪专门用于对江河、近海及海岸带水质的精细测量,由于滤光片膜系镀制难度极大,中科院空天信息院采用光刻与精密掩膜的方法,最终在不足7mm的通光区域内镀制了11个高透光通道,条带间隔仅为0.2mm,保证了光谱成像质量。


卫星精度测试

可持续发展科学卫星重753千克,将运行在505千米的太阳同步轨道。它实现了热红外、微光和多谱段成像仪的多载荷一体化设计与高精度操控。这三个载荷的全天时协同观测,将获取前所未有的稀缺数据。“卫星的平台相当于一辆车,这些载荷就像是乘客,要给乘客以好的体验,才能让它们在一个最佳工作环境中,获取我们想要的数据。因此,卫星平台也是经过定制设计的,这样可以发挥载荷的最大效益。”陈宏宇说。

例如,常见卫星的太阳能帆板都是对称分布在两侧,可持续发展科学卫星却打破了这一规律,变成单翼太阳能帆板。原来,太阳能帆板是一个“发热大户”,如果太阳出来后会升温很快,差不多有90℃。可持续发展科学卫星搭载了一个红外热像仪,它的作用是探测地表目标的温度,如果相机自身温度比较高,就会干扰其探测信号,影响测量精度。因此,需要把红外热像仪置身于“冷环境”下。科研人员只安装了一侧的太阳能帆板,并在卫星背对太阳的一面,安装了大面积洁白的辐射散热板,让卫星的“热量”尽可能散发到宇宙空间,再辅以制冷机的深度制冷,从而为红外热像仪探测器提供了-220℃的超低温工作环境。

【已着手后续系列卫星的论证研制】

该卫星由中国科学院“地球大数据科学工程”先导专项支持研制,是可持续发展大数据国际研究中心规划的首发星。

“在不考虑天气情况下,这颗卫星把地球扫描一遍需要11天,显然还不能满足科学家们对于快速获得数字地球变化信息的观测重访需求。”陈宏宇透露,科学家团队已经着手后续系列卫星的论证研制,未来还会有新的技术突破。

题图来源:卫星效果图。采访对象提供
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