近日，隨風云三號衛星順利入軌的我國首臺干涉型溫室氣體觀測載荷——高光譜溫室氣體監測儀，為全球溫室氣體排放監測、溫室氣體與氣候變化關系等問題的研究提供強有力的數據支持。
       該載荷由中國空間技術研究院下屬北京空間機電研究所歷時六年時間研制而成，采用時間調制型干涉分光的技術途徑，具有超高光譜分辨率、寬光譜覆蓋和高信噪比等多項優秀性能，實現了多個“國內首次”、“國際最高”，成為我國高光譜溫室氣體干涉探測的開拓者。
       放大“指紋特征”精確探測大氣成分
       大家在日常生活中能夠看到的光都具有獨特的光譜特性，類似于人類的指紋功能，是遙感科學中用以識別和分析不同物體特征的一種重要“身份證”。據北京空間機電研究所徐彭梅研究員介紹：“風云三號高光譜溫室氣體監測儀是一臺可以將大氣中的微量甚至痕量氣體成分通過光譜解析的方法檢測出來的光譜儀，利用氣體分子對地球反射太陽光譜的吸收特性，測量出吸收譜線的變化，從而推算出大氣中二氧化碳、甲烷等成分的濃度變化。”作為國內首個星載干涉型溫室氣體遙感器，風云三號監測儀對光譜的分辨能力高達0.03納米，能同時觀測多種大氣成分，為科學家研究碳循環提供了更為豐富的素材。
       該監測儀的分光技術源于經典的邁克爾遜干涉原理，為了達到超高的光譜分辨能力，風云三號監測儀在邁克爾遜干涉儀的基礎上進行優化改進，實現了干涉光程相對機構機械運動行程的4倍放大，在近紅外至短波紅外譜段的光譜通道數多達5000多個，以可見光譜段人們常見的彩虹打比方，風云三號監測儀可以把彩虹的一種顏色又細分上千倍。
       超靈敏“觸覺”提高二氧化碳監測精度
       風云三號高光譜溫室氣體監測儀能夠探測到空氣中二氧化碳的百萬分之四的濃度變化。
       該監測儀之所以具有如此超靈敏的“觸覺”，還要得益于研制團隊為其配備的國際上口徑最大的雙角鏡擺臂式干涉儀，其角鏡口徑是目前在軌的日本“嗅 碳”衛星(GOSAT)的1.5倍。與此同時，科研團隊積極攻克了干涉儀口徑增大所帶來的角鏡加工、機構控制等一系列難題，使干涉儀機構具有高度抗震性能，結構緊湊，十分適用于復雜惡劣的太空運行環境。
       風云三號高光譜溫室氣體監測儀在軌直接獲取的是干涉圖信號，是由各種波長的光干涉形成的“明暗條紋”疊加而成的，需要地面通過傅里葉變換技術得到大氣吸收光譜。為了更好地實現干涉信號的高精度采集，監測儀配備了激光計量系統。計量激光就像一把看不見的光尺，通過對激光器溫度、電流的精確控制，保障了激光波長的穩定，實現了一張干涉圖七萬多個數據點的等間隔采樣，進而保證了光譜數據獲取的精度。
       不僅“觀得寬”，而且“察得細”
       全球碳循環研究對數據獲取的廣度和效率提出了新的要求。與常規遙感相機不同，風云三號高光譜溫室氣體監測儀并非實現遙感圖像拍攝，而是在穿軌方向即垂直衛星飛行的方向進行掃描打點觀測。
       研制團隊為風云三號高光譜溫室氣體監測儀采用的二維指向機構設計，實現了穿軌大角度、高速、精確切換，同時保證了對衛星飛行方向的慢速補償。
       風云三號高光譜溫室氣體監測儀的掃描范圍覆蓋1200公里寬度，相當于從北京到上海的駕車距離。與此同時，相較于目前在軌的日本GOSAT，風云三號高光譜溫室氣體監測儀的穿軌測量點數由5點提升至7點和9點兩種模式，單點觀測時長由4秒減少至2.2秒和1.1秒，觀測效率提升1倍。
       全角度多方位觀測
       與所有監測類載荷相同，監測儀可以實現對觀測目標“盯著看”以及“在軌體檢”功能，即利用太陽作為標準能量源，對監測儀本身的各項指標進行檢查 ，并對由于太空環境等因素造成的指標偏差進行“校正”。
       除常規監測類載荷都具備的上述兩種觀測模式外，該監測儀還首次設計了陸地和海洋自主識別功能，在陸地上空對準地面進行溫室氣體探測；在海洋上空 ，監測儀則自動盯著“海中的太陽”觀測，獲取海上大氣中溫室氣體含量的數據，實現全球溫室氣體數據的高效獲取。監測儀的二維指向機構就像一個優雅而 靈動的舞者，時而跳動充滿節奏的“探戈”，時而溫情凝視廣袤的海洋，反射太陽的耀眼光影，指引監測儀“豎直往下看”、“斜著角度看”、“自動盯著耀斑看”。風云三號高光譜溫室氣體監測儀，開創了多項國際第一和國內首次，實現了我國光譜遙感事業向“超光譜”時代的跨越，并將為我國的溫室氣體監測 業務運行積累基礎，將為我國應對氣候變化、掌握碳貿易主動權、保障國家低碳經濟發展做出更大的貢獻。

       （來源：中國空間技術研究院）