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长春光机所承担中国首颗碳卫星全部两台载荷研制
发布时间:2016-12-22 来源:长春光学精密机械与物理研究所 【字号:  

  1222322分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球二氧化碳监测科学实验卫星(简称“碳卫星”)发射升空。该卫星的成功研制和后续在轨稳定运行,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,对充分了解全球碳循环过程及其对全球气候变化的影响,提升我国在国际气候变化方面的话语权具有重要意义。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担高光谱与高空间分辨率CO2探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪全部两台载荷研制任务。

  全球变暖、温室效应、极端天气、雾霾……每一个词都如一把重锤,不时地敲打人类脆弱的文明。因为人类的活动,导致碳排放增多,人类生存环境不断恶化,极端天气增加,面对严峻的“气候变化”形势,减少二氧化碳等温室气体的排放已成为应对“困局”的必然选择,而全球碳排放的量化监测是实现这一任务的重要保障。

  在这样的背景下,国家“863”计划在“十二五”期间设立了“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目(简称碳卫星),目标是研制并发射一颗“以高光谱CO2探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的全球二氧化碳监测科学试验卫星”。中科院长春光机所承担全部两台载荷的研制任务。

 

  项目从2011年开始启动,从总体方案设计、关键技术攻关开始,到最后完成整星研制、具备发射状态,历经近6年的时间。承担载荷任务的团队非常年轻,CO2探测仪的负责人郑玉权,在项目立项时刚刚39岁;团队30人,完成任务后平均年龄不到35岁。

 

  作为“863”项目,碳卫星载荷性能指标达到国际先进水品,技术难度也极大。项目之初,载荷团队一面要加紧攻破各项关键技术、进行原理验证;一面要进行载荷工程化研制,两线并行,压力山大! 

  面对困难与压力,年轻的小伙子们迎难而上,先后突破了高可靠性双面指向镜制造、高精度定标等关键技术,一步一步坚实地朝着最终目标迈进。图中助理研究员王龙正在对指向镜组件进行面型精度测试。

    CO2探测仪最核心的指标之一就是光谱分辨率,仪器最高分光谱分辨率可达0.04nm。而实现光谱分辨率的核心分光原件就是全息衍射光栅。图中研究人员打开光栅后,小心翼翼拿出气吹对光栅表面进行清理,防止粉尘污染。哪怕一粒细小灰尘进入仪器,最后也会造成杂散光影响探测效果。 

 

  信噪比是CO2探测仪的又一关键指标。为降低仪器噪声,整台仪器需要工作在-5℃温度水平,科研人员所有的组件、整机装调工作也都要在-5℃条件下进行。在载荷研制最紧张的阶段,研究人员持续数月在低温室里工作,经常户外是30℃以上的高温,科研人员在低温室内把羽绒服裹在防静电服内进行装调。

 

  仪器装调是一件精度要求极高的工作,即使是零下的低温,也不能佩戴多余的保暖物品,一方面防止引入多余物,另一方面怕影响装调时的手感,所以只能“要精度、舍温度”。图为助理研究员薛浩进行碳卫星原理样机1610nm通道准直镜筒装调。 

 

  多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”,但也一身本领。它不仅可以获取全球尺度气溶胶数据,还可以帮助气象学家提高天气预报的准确性,并为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。图为多谱段云与气溶胶探测仪特写。 

 

  探测仪想要“上天”执行任务,必须经过各种严苛的试验考验,热真空试验便是其中之一。仪器被罩进“加热笼”后送进真空罐内测试,这就好比是将仪器放置于冷黑的太空中,同时接受着太阳的炙烤,只有在这样的严酷条件下仍能正常工作,才算通过试验。

 

  振动试验是最惊心动魄的环境试验,探测仪被置于高高的振动台上,接受6倍重力加速度的振动冲击,发出噪音超过100分贝。为了确保试验万无一失,科研人员经常要花大量的时间在现场讨论试验条件。

 

  为了确保CO2探测仪的测量精度并验证反演算法,20159月,项目组用改造后的原理样机在白城附近草原进行了航空校飞试验。试验中,需要深入草原铺设航拍靶标。近一个月的风吹日晒,试验最终取得了圆满成功。

 

  整个载荷主体,横竖一个平方米,方寸之间凝聚着整个团队6年的心血。当它身披着“黄金圣衣”冲向宇宙时,它真的担负着保护人类、控制温室气体排放的神圣使命。

 

  卫星发射成功是中国碳星履行使命的开始,半个月后载荷系统将正式开始开机工作。探测全球CO2浓度、研究气候变化问题任重而道远,中科院长春光机所的科研团队将发扬团结协作、大胆创新、攻坚克难的精神,为中国大气环境探测事业继续贡献力量!

(责任编辑:麻晓东)
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