中新社北京4月16日電 (馬帥莎 陳葆娟)4月16日，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星隨長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭發(fā)射升空，衛(wèi)星除搭載高精度偏振掃描儀、多角度偏振成像儀、紫外高光譜大氣成分探測(cè)儀及寬幅成像光譜儀等被動(dòng)探測(cè)載荷之外，還于國(guó)際上首次搭載了大氣探測(cè)激光雷達(dá)這一主動(dòng)探測(cè)載荷，可實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的全天時(shí)、高精度探測(cè)，為中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供重要數(shù)據(jù)支撐。
衛(wèi)星效果圖 中國(guó)航天科技集團(tuán)八院 供圖二氧化碳高精度探測(cè)有多難？
“相當(dāng)于五個(gè)乘客拼了個(gè)太空專車，他們各個(gè)手持各種測(cè)量?jī)x器，對(duì)大氣細(xì)顆粒物、溫室氣體、氣態(tài)污染物、云和氣溶膠等大氣環(huán)境以及水環(huán)境等生態(tài)環(huán)境要素進(jìn)行連續(xù)、動(dòng)態(tài)的綜合監(jiān)測(cè)。特別是大氣探測(cè)激光雷達(dá)這位‘貴客’，對(duì)專車司機(jī)的駕駛技術(shù)提出了很高的要求?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)八院控制所衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張艷召說(shuō)。
據(jù)張艷召介紹，大氣探測(cè)激光雷達(dá)在工作時(shí)，實(shí)時(shí)對(duì)地發(fā)射不同波段的激光，并接收激光的回波信號(hào)，通過(guò)對(duì)接收到的回波信號(hào)來(lái)反演全球大氣中的二氧化碳柱濃度信息以及云和氣溶膠的垂直分布信息。大氣探測(cè)激光雷達(dá)對(duì)二氧化碳探測(cè)濃度的指標(biāo)為百萬(wàn)分之一，這就要求激光雷達(dá)具有極高的指向測(cè)量精度。
“簡(jiǎn)單理解就是激光雷達(dá)需要精準(zhǔn)地知道發(fā)射出去的光波是在地球上哪個(gè)位置被反射回來(lái)的?！睆埰G召說(shuō)，“我們都知道波遇到運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，地球的自轉(zhuǎn)也會(huì)讓激光回波信號(hào)產(chǎn)生多普勒頻移，不同位置的自轉(zhuǎn)速度不同，頻移量也不一樣，想要在反演的時(shí)候準(zhǔn)確補(bǔ)償這一因素的影響，就需要激光雷達(dá)對(duì)于射出‘子彈’的落點(diǎn)一清二楚，這就是指向測(cè)量精度?！?/p>
“我的眼睛就是尺”
高指向測(cè)量精度反映到衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)上，就是載荷的高精度姿態(tài)指向控制。針對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的這一特點(diǎn)，衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)采用了三軸零動(dòng)量的“駕駛”技術(shù)，并且“司機(jī)”在太空踩下第一腳油門之前，首先會(huì)對(duì)大家的初始狀態(tài)進(jìn)行重新確認(rèn)，也就是進(jìn)行在軌絕對(duì)定標(biāo)。
據(jù)了解，這是因?yàn)樾l(wèi)星載荷與星敏感器等姿態(tài)測(cè)量?jī)x器在地面上是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)固連在一起的，在太空環(huán)境中由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放等原因，其相對(duì)位置關(guān)系會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量鏈路產(chǎn)生初始誤差。
對(duì)此，姿軌控分系統(tǒng)設(shè)定了激光測(cè)距定標(biāo)及地面靶標(biāo)絕對(duì)定標(biāo)兩種定標(biāo)工作模式，將全鏈路誤差修正到最低，從而保證能夠得到激光雷達(dá)的絕對(duì)姿態(tài)指向信息。
除了確認(rèn)衛(wèi)星載荷的姿態(tài)，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星還時(shí)刻不忘擺正自己的姿態(tài)。這一“神技”施展的前提是要有一把能夠?qū)崟r(shí)提供絕對(duì)姿態(tài)信息的“標(biāo)尺”，也就是“司機(jī)”的“眼睛”——星敏感器。激光雷達(dá)可以借助星敏感器這雙“慧眼”實(shí)時(shí)明確自己“身在何方”。
據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)八院控制所衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師孫尚介紹，姿軌控分系統(tǒng)采用了高精度多頭星敏感器?！昂帽扔谩谎劬Α瑫r(shí)定位，利用一個(gè)‘大腦’融合處理出更高精度的姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)。”(完)