碳衛(wèi)星是這樣煉成的

龔建村：工程總體副總指揮，中科院空間中心副主任

尹增山：衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院

鄭玉權：中科院長春光機所研究員

楊忠東：地面應用系統(tǒng)總設計師

龔建村：我是量子衛(wèi)星工程的副總指揮，同時擔任碳衛(wèi)星的副總指揮。

這顆碳衛(wèi)星填補了國內空白，別人有，我們更要有，無論是在一手數(shù)據(jù)方面，還是爭取國際話語權方面，這顆衛(wèi)星都具有非常重要的意義，這是其一。

另外，在二氧化碳監(jiān)測方面，可以說我們已經躋身世界先進行列。不是說哪個國家想去監(jiān)測二氧化碳就可以做到的，這需要具備很多條件。

國際上，目前日本和美國比我們發(fā)射，但是我們的碳衛(wèi)星上去以后，一些核心技術應該還有所領先，因此碳衛(wèi)星躋身世界先進行列，我覺得是當仁不讓。因為在碳衛(wèi)星的研制過程中，無論是衛(wèi)星平臺的研制單位，還是載荷研制單位，都拿出了最高水平，實現(xiàn)了最高精度。

碳衛(wèi)星工程任務除了在技術上實現(xiàn)了很多創(chuàng)新突破以外，還離不開管理模式上的創(chuàng)新，更離不開多部委的協(xié)同支持。在管理上，可以說是863計劃的關鍵技術突破模式，與空間科學衛(wèi)星系列工程管理模式的有機結合。

光靠技術攻關，想把一顆衛(wèi)星發(fā)上天是不可能的，這里面還要有工程實施過程中的管理經驗，要結合我們國家多發(fā)、甚至上百發(fā)衛(wèi)星成功發(fā)射的組織管理經驗模式，才有可能實現(xiàn)最后的成功。因此，可以說這是科技部、中國科學院、國家氣象局等部門，共同謀劃，最終實現(xiàn)了碳衛(wèi)星在技術和管理上的創(chuàng)新，這是一個非常重要的過程。

尹增山：整個碳衛(wèi)星實際上是從2011年2月份正式啟動，到今年經歷了6年的時間，時間是不短的，所以也克服了一系列的技術困難。我們采用自動化的定標技術，傳統(tǒng)的衛(wèi)星我們一個載荷定標，一般需要5到6個月時間，那么在碳衛(wèi)星中這個傳感模擬團隊用了一到兩個月，就完成了一次定標測試。這個完全建立了一個新的系統(tǒng)，更是技術進步。過去我們的衛(wèi)星，一般都是對地看，或者是對天看。而我們這個衛(wèi)星在天上，或者對著地球繞著太陽光線，即使對地看的時候，也是繞著太陽光線一直在轉，對著太陽定標，對月定標和對著地面這個觀測站進行定標來進行驗證。所以這個衛(wèi)星的模式非常多，所以就必須要求這個衛(wèi)星控制系統(tǒng)非常復雜。團隊也克服了這個難題，來實現(xiàn)這個系統(tǒng)能力。

這個地面的核心定標和反演，也是這個項目必須的，所以必須得說一點，這個項目的特點跟別的衛(wèi)星不一樣的是，別的衛(wèi)星可能在天上拿到圖像以后，地面直接看就可以了，而這個是一個天地一體化配合一個衛(wèi)星系統(tǒng)。即天上要獲得非常穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，地面要放這個兩個結合才能得到非常高的二氧化碳濃度的數(shù)據(jù)。

此外，我們還講到一個高光譜分辨率，這個衛(wèi)星要求在軌運行非常穩(wěn)定。因為二氧化碳在大氣中的分布，實際上就是萬分之一左右，那么這個濃度非常低，我們要達到4個ppm，也就是百萬分之四的話，相當于我們在大氣中實現(xiàn)1%以內的探測，這個二氧化碳在1%以內稍微變化，我們必須要察覺到。但二氧化碳變化也是有一個周期性的情況，所以我們的儀器要求非常的穩(wěn)定。我們整個衛(wèi)星，包括載荷、包括衛(wèi)星，包括平臺都要相互配合，要考慮空間熱能的問題、空間輻照的問題、退化的問題，各種的問題都要達到這個指標，這也是將來我們一個在天入軌以后，要在軌對我們嚴重的挑戰(zhàn)，我們必須要克服。

那么這是技術方面的?，F(xiàn)在整個衛(wèi)星重量是620公斤，它可以16天對全球覆蓋一次。也就是它是一個太陽同步軌道的，700公里的太陽同步軌道，空間分辨率是2乘2平方公里。那么從而可以獲取全球的數(shù)據(jù)，因為它是16天，那么有季節(jié)性的，可以一個月、一個季度，就是一個月可以兩次，一個季度可以六次。當然有云有氣象，有各種的情況我們還不能觀測。

這樣一個季度有5、6次的全球觀測，大體上可以獲取全球季節(jié)性數(shù)據(jù)，它是一個大體的，非?？焖俚姆直媛侍綔y大氣中二氧化碳的分布情況。當然這顆衛(wèi)星是一顆科學實驗衛(wèi)星，是我們邁出的第一步，通過這顆衛(wèi)星，以及持續(xù)的衛(wèi)星發(fā)射，空間可以組網(wǎng)，我們的系統(tǒng)能力會不斷提升。

衛(wèi)星系統(tǒng)由我們中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制，這也是我們在量子衛(wèi)星發(fā)射成功以后的科學實驗衛(wèi)星。這同時也是我們創(chuàng)新研究院，在中科院“4個率先計劃”機構改革試點以后第三顆科學實驗衛(wèi)星的情況。

鄭玉權：因為長春光機所承擔了兩個二氧化碳衛(wèi)星的載荷研究，一個是高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀，一個是多譜段云與氣溶膠探測儀，可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為精確計算二氧化碳濃度剔除干擾因素。

如果從研究過程來講，歷經了6年時間，我們基本上從無到有，再迎頭趕上，這個之間的艱辛，我們整個研制團隊深有體會。在這個過程中我們遇到了很多問題，包括我們現(xiàn)在已經突破的，包括全自動化一個光譜跟標技術，包括我們整個系統(tǒng)的利用環(huán)境的光譜和技術。我們非常高興整個團隊走了這樣一個6年的過程，終于把衛(wèi)星送上天，這是令我們非常欣慰的一件事。

楊忠東：我我把地面應用系統(tǒng)的情況介紹一下。在項目啟動之前，我們就開展了需求分析，提出了基本使用要求。研制過程中，我們全程參加指標論證和測試工作。整個地面應用系統(tǒng)主要依賴我們國家風云三號衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)資源。三個衛(wèi)星地面站，我們國內是東北的佳木斯，西北烏魯木齊，還有一個是我們6年前建立的北極極區(qū)地面站。通過這三個站可以保證把我們碳衛(wèi)星所有的觀測數(shù)據(jù)，完整及時地接收，這是第一步數(shù)據(jù)的獲取。

然后第二步，收了數(shù)據(jù)以后，我們要做一系列的處理，實際剛才前面幾位專家都講到了。觀測處理精度要求非常高，一個是輻射定標精度，一個光譜定標精度。我們要把這兩個定標做得非常好。做了大量的工作，現(xiàn)在已經全部完成科學算法研究和軟件開發(fā)工作。有精確觀測數(shù)據(jù)，才能保證我們后面4個ppm的大氣二氧化碳精度。

第三個方面，我們在全國范圍內，建了6個地面的地基精度驗證觀測站。地基觀測精度高于衛(wèi)星觀測，由于它特定的觀測的方式，精度要高一個量級，所以可以作為驗證手段，用來檢驗驗證衛(wèi)星精度究竟怎么樣。

除了這6個國內站，我們也會聯(lián)合使用國外地基觀測站點數(shù)據(jù)驗證全球觀測精度。碳衛(wèi)星的數(shù)據(jù)面向所有的用戶開放。我們建立了一個數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)。全球的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大。服務系統(tǒng)會保證及時、準確，向所有的用戶包括世界用戶，提供數(shù)據(jù)。

還有最后一點我想強調的是，無論從全球變化研究還是碳源匯調查應用，一顆碳衛(wèi)星是遠不夠的，即便是加上美國的OCO-2衛(wèi)星，觀測數(shù)據(jù)量依然很少。

如果說項目研究有突破，我覺得是我們這個團隊，包括地面、衛(wèi)星、載荷，經過了6年的奮斗，掌握了這種高精度大氣遙感觀測技術。未來還需要發(fā)展更多的大氣二氧化碳觀測衛(wèi)星。在2020年之前，將有兩顆風云三號衛(wèi)星攜帶二氧化碳觀測遙感儀器，共同努力來滿足經濟社會發(fā)展需求。