由我國(guó)自主研制的首顆全球大氣二氧化碳觀測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（以下簡(jiǎn)稱“碳衛(wèi)星”）將于今年5月出廠，目前衛(wèi)星所有載荷已完成初樣研制，各項(xiàng)工作已進(jìn)入收官階段，并將于8月發(fā)射。

　　這顆衛(wèi)星搭載了一體化設(shè)計(jì)的兩臺(tái)科學(xué)載荷，分別是高光譜二氧化碳探測(cè)儀以及起輔助作用的多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀。目前，由中科院長(zhǎng)春光機(jī)所負(fù)責(zé)研發(fā)的兩臺(tái)載荷已經(jīng)完成設(shè)計(jì)研制。

　　鮮為人知的是，這兩臺(tái)載荷的設(shè)計(jì)科研團(tuán)隊(duì)平均年齡只有32歲。

　　歷時(shí)5年的攻關(guān)

　　如何通過(guò)高光譜二氧化碳探測(cè)儀來(lái)檢測(cè)大氣中的二氧化碳濃度，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所研究員鄭玉權(quán)解釋說(shuō)，光在大氣中傳播時(shí)會(huì)被大氣部分吸收，利用空氣中氣體分子的窄帶吸收特性可鑒別氣體成分，并根據(jù)窄帶吸收強(qiáng)度推演出痕量氣體的濃度。高光譜二氧化碳探測(cè)儀主要用于精準(zhǔn)測(cè)量大氣的吸收譜線，再通過(guò)地面應(yīng)用系統(tǒng)一整套復(fù)雜的反演過(guò)程計(jì)算大氣中的二氧化碳的總量，進(jìn)而知道各個(gè)地區(qū)的碳排放情況。

　　“二氧化碳探測(cè)儀是一種高精度定量測(cè)量?jī)x，其對(duì)核心技術(shù)攻關(guān)和工程化研制的要求都非常高?！编嵱駲?quán)說(shuō)。

　　2010年，科技部設(shè)立了“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項(xiàng)目，打算發(fā)射一顆搭載兩臺(tái)有效載荷的碳衛(wèi)星，并在全國(guó)范圍內(nèi)公開(kāi)招標(biāo)。中科院長(zhǎng)春光機(jī)所在兩臺(tái)載荷的分開(kāi)招標(biāo)中競(jìng)標(biāo)成功。

　　“當(dāng)時(shí)，我們提出將兩臺(tái)載荷進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以集約衛(wèi)星上寶貴的重量、功耗等資源。兩臺(tái)載荷在實(shí)際設(shè)計(jì)研制中也實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和電控一體化?！编嵱駲?quán)說(shuō)。

　　該所助理研究員藺超介紹說(shuō)，這臺(tái)高光譜二氧化碳探測(cè)儀性能指標(biāo)要求特別高，尤其表現(xiàn)在光譜分辨率上，其最高光譜分辨率要優(yōu)于0.04個(gè)納米。

　　根據(jù)要求，這臺(tái)儀器要具備3個(gè)譜段，每個(gè)譜段分別是20、30、40個(gè)納米的帶寬，再在里面進(jìn)行采樣最終形成譜線。其中有很多核心元器件制造和集成的技術(shù)難題需要克服?！斑@些核心元器件需要我們所自己研發(fā)制造，此外技術(shù)攻關(guān)和儀器工程化設(shè)計(jì)也要同時(shí)進(jìn)行，這對(duì)我們是巨大的考驗(yàn)?！碧A超說(shuō)。

　　鄭玉權(quán)表示，這臺(tái)儀器研發(fā)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)是大口徑高精度衍射光柵制造。高光譜二氧化碳探測(cè)儀使用的衍射光柵同時(shí)要求大口徑、高面型精度和高衍射效率，這在國(guó)內(nèi)尚屬首次研制，經(jīng)過(guò)一年半的研發(fā)，科研人員研發(fā)出以碳化硅材料為基底的大口徑衍射光柵。

　　此外，高可靠性長(zhǎng)壽命指向反射鏡的制造技術(shù)也十分關(guān)鍵。藺超表示，該指向鏡須一鏡兩用，正反面均需要光學(xué)加工，一面是反射鏡，另外一面是漫反射面，兩面的加工不能相互干擾，也不能太厚，而且要可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)工藝也非常難，但科研人員最終還是如期攻克了難關(guān)。

　　32歲的年輕團(tuán)隊(duì)

　　去年12月下旬，兩臺(tái)載荷正樣順利完成熱真空環(huán)境試驗(yàn)。定標(biāo)團(tuán)隊(duì)成員正在對(duì)其進(jìn)行光譜定標(biāo)和輻射定標(biāo)工作。工作按計(jì)劃要在半月內(nèi)完成，并在春節(jié)期間運(yùn)往衛(wèi)星總體單位上海微小衛(wèi)星工程中心進(jìn)行整星試驗(yàn)測(cè)試。

　　記者注意到，已經(jīng)完成研制的載荷被裝在特殊設(shè)計(jì)的真空、低溫的罐子內(nèi)進(jìn)行。“我們完全模擬衛(wèi)星在太空運(yùn)行時(shí)的環(huán)境，來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行定標(biāo)?！碧A超說(shuō)。

　　實(shí)驗(yàn)室里可以看到墻角的折疊床。在過(guò)去5年間，這支平均年齡約32歲的團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)無(wú)數(shù)次地在這些折疊床上度過(guò)漫漫長(zhǎng)夜。

　　“在接到這項(xiàng)任務(wù)時(shí)，我們的研究人員基本是二十七八歲，到現(xiàn)在任務(wù)接近結(jié)束時(shí)每個(gè)人都邁過(guò)了30歲的門(mén)檻?！碧A超感慨說(shuō)。為了早日完成研制，這支30余人的團(tuán)隊(duì)克服了很多困難。

　　在高光譜二氧化碳探測(cè)儀研發(fā)進(jìn)行到一半時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)儀器有兩個(gè)1.6微米和2.0微米的近紅外通道，所用的紅外探測(cè)器對(duì)溫度干擾十分敏感。如果儀器內(nèi)部溫度超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)干擾信號(hào)，這對(duì)溫控技術(shù)提出了很高要求，科研人員為此反復(fù)修改方案。同時(shí)，在完成技術(shù)攻關(guān)后，由于載荷上有40多片光學(xué)元器件，給儀器裝調(diào)帶來(lái)很大壓力。

　　“為了保證溫控環(huán)境，我們的儀器裝調(diào)工作都在一個(gè)特殊的低溫工作箱內(nèi)進(jìn)行?！碧A超說(shuō)，當(dāng)時(shí)正值夏季，科研人員卻穿著羽絨服鉆進(jìn)零下5攝氏度左右的工作箱內(nèi)進(jìn)行元器件安裝。

　　解決關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

　　碳衛(wèi)星載荷有著極為重要的意義，通俗地說(shuō)，有了它們，就可以從太空檢測(cè)全世界所有國(guó)家的溫室氣體排放。這不僅可以評(píng)估各個(gè)國(guó)家是否履行減排承諾，還有助于更快、更高效地發(fā)現(xiàn)溫室氣體的排放源。

　　“從碳衛(wèi)星的短期目標(biāo)來(lái)看，發(fā)射成功后，我們完全可以給出全世界全年碳分布數(shù)據(jù)，也可以解釋發(fā)達(dá)國(guó)家、不發(fā)達(dá)國(guó)家各自的碳貢獻(xiàn)。特別是對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，我們可以對(duì)全國(guó)各個(gè)省份、各個(gè)城市的碳排放量有詳細(xì)的檢測(cè)和分析，能夠清楚知道哪個(gè)省份哪個(gè)區(qū)域有更多碳排放?！碧A超說(shuō)。

　　但碳衛(wèi)星的發(fā)射還有更為重大的科學(xué)目標(biāo)和意義?？茖W(xué)家寄望，通過(guò)它發(fā)現(xiàn)全球的碳分布情況，找到二氧化碳的流動(dòng)規(guī)律?！澳壳?，科學(xué)界對(duì)二氧化碳的產(chǎn)生和沉降過(guò)程還需要大尺度的全球觀測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步研究，我們寄望能夠解決這一根本的科學(xué)目標(biāo)?！?/p>

　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2016-03-10 第3版 綜合)

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