美國Landsat-8衛(wèi)星發(fā)射升空

（鄭鳳仙/文）

2013年2月11日，美國第八顆陸地衛(wèi)星（Landsat-8）由宇宙神-5火箭（Atlas V）在加州范登堡空軍基地發(fā)射升空。Landsat-8衛(wèi)星是陸地衛(wèi)星系列的后繼星，由美國航空航天局（NASA）和美國地質(zhì)調(diào)查局（USUG）聯(lián)合研制，將繼續(xù)用于對地成像，收集地面重要數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)和圖像將被用于農(nóng)業(yè)、水文管理、災(zāi)害響應(yīng)、科學(xué)研究和國家安全等領(lǐng)域。

Landsat-8運(yùn)行在705 km的太陽同步極地近圓軌道，降交點(diǎn)地方時為10∶00～10∶15，與Landsat-7軌道相同，設(shè)計使用壽命為5年。該衛(wèi)星攜帶的主要有效載荷為陸地成像儀（OLI）和熱紅外傳感器（TIRS）。其中OLI由卡羅拉多州的鮑爾航天技術(shù)公司研制；TIRS由NASA的戈達(dá)德太空飛行中心研制。與Landsat-7衛(wèi)星相比，Landsat-8衛(wèi)星的有效載荷由1個（ETM+）變?yōu)?個（OLI和TIRS），即將原來ETM+載荷的熱紅外譜段探測功能單獨(dú)由TIRS載荷實現(xiàn)。OLI是一種推掃成像遙感器，探測譜段從可見光、近紅外到短波紅外，包括1個全色、8個多光譜共9個譜段，其中全色分辨率為15 m，多光譜分辨率為30 m，視場角15°，地面幅寬185 km，16天可以將整個地球覆蓋一遍。光學(xué)系統(tǒng)為離軸四反射式光學(xué)系統(tǒng)，量化位數(shù)12位。

相比過去陸地衛(wèi)星遙感器，OLI在譜段設(shè)置、輻射分辨性能和掃描方式上都進(jìn)行了改進(jìn)。過去的陸地衛(wèi)星都采用擺掃成像方式，而OLI采用長線陣探測器進(jìn)行推掃成像，每個多光譜譜段有近7 000個探測器像元，一個全色譜段有近14000個探測器像元。與過去陸地衛(wèi)星的遙感器相比，這種推掃成像設(shè)計減少了儀器的運(yùn)動部件，探測靈敏性更高，儀器的可靠性更高。

與Landsat-7搭載的有效載荷ETM+相比，OLI多光譜譜段由6個增加到8個，新增了1個海岸帶觀測譜段（1號譜段）和1個卷云識別譜段（9號譜段），能夠發(fā)現(xiàn)海岸邊的葉綠素，分辨出卷云，并對大氣影響進(jìn)行校正。

Landsat-8上攜帶的TIRS載荷，是迄今為止最先進(jìn)、性能最好的TIRS。TIRS將收集地球兩個熱區(qū)地帶的熱量流失，目標(biāo)是了解所觀測地帶水分消耗，特別是美國西部干旱地區(qū)，以及用于城市熱島效應(yīng)和火山的監(jiān)測等。

Landsat-7搭載的ETM+僅探測單波段（10.4～12.5μm）的熱紅外輻射，而TIRS可探測10.6～11.2μm和11.5～12.5μm兩個熱紅外譜段的輻射，分辨率均為100 m，視場角15°，地面幅寬185 km，量化位數(shù)為12位。TIRS采用由3片鍺透鏡和1片硒化鋅透鏡構(gòu)成的四元折射式光學(xué)系統(tǒng)，其中兩個為球面透鏡，實現(xiàn)了成像質(zhì)量接近衍射極限，焦距為178 mm，F(xiàn)數(shù)1.64，設(shè)計使用壽命3年。光學(xué)系統(tǒng)被動制冷至185 K，通過對光學(xué)元件在±5 K的溫度變化控制實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)焦。

TIRS也是推掃成像，不需要大的、連續(xù)移動的掃描鏡，可靠性更高。TIRS首次采用了量子阱紅外探測器（QWIP）。與其他紅外技術(shù)探測器相比，QWIP探測器具有阻抗高、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，使得它非常適合于制作大規(guī)模焦平面陣列。與其它光子探測器相比，QWIP獨(dú)特之處在于它的響應(yīng)特性可通過制造理想的束縛能級的方法來修正。改變GaAs和AlGaAs的厚度，可改變勢阱寬度；改變AlGaAs材料中鋁的摻雜濃度，可改變勢阱高度，從而在較大范圍內(nèi)調(diào)整量子阱能帶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)整材料結(jié)構(gòu)的光譜響應(yīng)。