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張蘭蘭 劉錦洋?王琬涵?科技日報記者?付毅飛
2022年8月4日11時08分，由中國航天科技集團五院遙感衛星總體部抓總研制的陸地生態系統碳監測衛星（以下簡稱“碳星”），在太原衛星發射中心由長征四號乙運載火箭成功發射。
我國傳統的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進行抽樣監測，碳星的應用將改變這一現狀，標志著我國碳匯監測進入天基遙感時代。
森林碳匯監測需要有高精度的植被數據作為支撐。植被高度、植被面積、葉綠素熒光和大氣PM2.5含量，是計算森林碳匯能力的核心數據。碳星是世界首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星，配置了4種載荷支持獲取以上數據。
碳星利用 多波束激光雷達進行植被測高，其實是個抽樣測量的過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差計算樹木的高度，而衛星一次測量發射出激光的光束數量、發射頻 次則決定測量精度。為最大程度提升植被測高的數據精度，研制團隊通過數據反演、仿真分析、應用測試等實現1秒發射測量激光200次的能力，并對激光雷達所 需的衛星環境和硬件配置進行適應性設計，克服散熱等難題，最終實現測點間隔由公里級跨越至百米級，植被測高精度大幅提升。
為了準確還原森林茂密程度，研制團隊為衛星設計安裝了5個多光譜相機，實現對地5角度立體觀測。為避免植被陰、陽面光線影響，研制團隊創新性提出月球定標方法，確保5角度成像光譜響應一致。具備這些能力后，碳星便能繪制出“立體”植被分布圖，精準覆蓋觀測區域的一草一木。
葉綠素是 植被光合作用的關鍵影響因素，葉綠素熒光高精度制圖也成為碳星支撐高精度碳匯監測的重要環節。但葉綠素熒光的能量非常小，僅有約0.5%至2%以熒光的形 式發射出來。為提升葉綠素光譜探測精細程度，科研人員為碳星設計配置了超光譜探測儀，創新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率較傳統提升了10倍，實現國 際首次0.3納米精細探測，能夠探測到人眼所看不到的太陽光細微明暗變化。
為了去除 大氣對監測數據的影響，研制團隊將大氣校正做到了極致。碳星專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信 息；還增配了大氣激光雷達，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱，將數據信息由二維變成了三維，確保大氣校正更精準。
除了森林碳匯監測這一主業，碳星還可廣泛應用于環保、測繪、氣象、農業、減災等領域，工作模式多達47種。
為了讓衛星支持更多應用，同時操控便捷，研制團隊從硬件上保證各種載荷數據獨立傳遞，從軟件上讓衛星“智能化”，根據設定的邊界條件參數實現自主辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規劃最佳探測任務流程，實現自主任務規劃。
在這種設計下，除了特殊或突發任務，碳星無需用戶操心，而能像智能掃地機器人一樣，掃哪里、怎么掃，全自動完成。