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二氧化碳高精度探測有多難?揭秘“寶藏司機”大氣環境監測衛星

2022-04-18 09:38來源: 中國新聞網編輯:遙城
  4月16日,大氣環境監測衛星隨長征四號丙運載火箭發射升空,衛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儀及寬幅成像光譜儀等被動探測載荷之外,還于國際上首次搭載了大氣探測激光雷達這一主動探測載荷,可實現對二氧化碳的全天時、高精度探測,為中國實現“雙碳”目標提供重要數據支撐。
衛星效果圖 中國航天科技集團八院 供圖
  二氧化碳高精度探測有多難?
  “相當于五個乘客拼了個太空專車,他們各個手持各種測量儀器,對大氣細顆粒物、溫室氣體、氣態污染物、云和氣溶膠等大氣環境以及水環境等生態環境要素進行連續、動態的綜合監測。特別是大氣探測激光雷達這位‘貴客’,對專車司機的駕駛技術提出了很高的要求?!敝袊教炜萍技瘓F八院控制所衛星姿軌控分系統副總設計師張艷召說。
  據張艷召介紹,大氣探測激光雷達在工作時,實時對地發射不同波段的激光,并接收激光的回波信號,通過對接收到的回波信號來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。大氣探測激光雷達對二氧化碳探測濃度的指標為百萬分之一,這就要求激光雷達具有極高的指向測量精度。
  “簡單理解就是激光雷達需要精準地知道發射出去的光波是在地球上哪個位置被反射回來的?!睆埰G召說,“我們都知道波遇到運動的物體會產生多普勒頻移,地球的自轉也會讓激光回波信號產生多普勒頻移,不同位置的自轉速度不同,頻移量也不一樣,想要在反演的時候準確補償這一因素的影響,就需要激光雷達對于射出‘子彈’的落點一清二楚,這就是指向測量精度?!?/div>
  “我的眼睛就是尺”
  高指向測量精度反映到衛星姿軌控分系統上,就是載荷的高精度姿態指向控制。針對大氣環境監測衛星的這一特點,衛星姿軌控分系統采用了三軸零動量的“駕駛”技術,并且“司機”在太空踩下第一腳油門之前,首先會對大家的初始狀態進行重新確認,也就是進行在軌絕對定標。
  據了解,這是因為衛星載荷與星敏感器等姿態測量儀器在地面上是通過機械結構固連在一起的,在太空環境中由于結構應力釋放等原因,其相對位置關系會發生細微的變化,這會導致測量鏈路產生初始誤差。
  對此,姿軌控分系統設定了激光測距定標及地面靶標絕對定標兩種定標工作模式,將全鏈路誤差修正到最低,從而保證能夠得到激光雷達的絕對姿態指向信息。
  除了確認衛星載荷的姿態,大氣環境監測衛星還時刻不忘擺正自己的姿態。這一“神技”施展的前提是要有一把能夠實時提供絕對姿態信息的“標尺”,也就是“司機”的“眼睛”——星敏感器。激光雷達可以借助星敏感器這雙“慧眼”實時明確自己“身在何方”。
  據中國航天科技集團八院控制所衛星姿軌控分系統副主任設計師孫尚介紹,姿軌控分系統采用了高精度多頭星敏感器?!昂帽扔谩谎劬Α瑫r定位,利用一個‘大腦’融合處理出更高精度的姿態測量數據?!?馬帥莎 陳葆娟)
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