中国首颗碳卫星计划于2016年择机发射

为有效掌握全球二氧化碳分布情况，“十二五”国家863计划设置了“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目，简称“碳卫星”。

2015年12月消息，中国首颗“碳卫星”载荷研制已进入冲刺阶段，卫星计划于2016年出厂后择机发射。

“碳卫星”以二氧化碳遥感监测为切入点，研制并发射以高光谱二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的高空间分辨率和高光谱分辨率全球二氧化碳监测科学实验卫星，建立高光谱卫星地面数据处理与验证系统，形成对全球、中国及其他重点地区二氧化碳浓度监测能力，监测精度优于4ppm，这一精度已达到高光谱大气痕量气体探测方面的国际先进水平。

中科院长春光学精密机械与物理研究所承担了“碳卫星”全部两台载荷研制任务。2015年11月26日，由该所承担的“碳卫星”载荷正样顺利完成热真空环境试验并出罐，即将开始实验室标定，已进入最后冲刺阶段。

自2011年项目启动以来，长春光机所先后完成了高光谱二氧化碳探测仪与多谱段云与气溶胶探测仪的一体化方案设计，并突破了大面积高精度衍射光栅制造、长寿命指向反射镜制造等多项关键技术。

随后，两台载荷将交付卫星总体单位上海微小卫星工程中心，进入整星试验测试阶段。“碳卫星”将于2016年5月出厂后择机发射。

作为我国首颗“碳卫星”载荷，二氧化碳探测仪、云与气溶胶探测仪的研制成功将为温室气体排放、碳核查等领域的研究提供基础数据，为我国节能减排等宏观决策提供数据支撑，增加我国在国际碳排放方面的话语权。

碳卫生载荷研发团队

“我们主要研发的是‘碳卫星’载荷。”2016年3月7日，长春光机所“碳卫星”载荷研发团队有关负责人介绍。

2010年，长春光机所经过项目竞标获得碳卫星全部两台载荷的研制任务——“高光谱与高空间分辨率CO2探测仪”（简称CO2探测仪）和“多谱段云与气溶胶探测仪”（简称CAPI探测仪）。

研发团队以“天宫一号”超光谱成像仪研制团队为基础，2011年，项目正式启动。

鉴于项目意义大、技术指标高、研制周期紧等特点，长春光机所以“天宫一号”超光谱成像仪研制团队为基础，组建了一支既有一定工程经验、又年轻富有战斗力的科研团队。

据介绍，“碳卫星”载荷研究团队32人，平均年龄不到33岁，其中CO2探测仪负责人研究员郑玉权39岁，CAPI探测仪负责人颜昌翔研究员38岁。

正是这样一支年轻的队伍，开启了碳卫星载荷研制攻坚战。

载荷研制面临诸多技术难题

“碳卫星”可实现对大气CO2浓度高精度（4ppm）监测，其核心是光谱载荷的数据精度。为实现系统指标，CO2探测仪的光谱分辨率需达到0.1nm，同时由CAPI探测仪配合对观测区域的气溶胶状态进行测量，作为系统反演参数。

与高指标相呼应的是载荷的研制难度。

虽然团队在空间高光谱仪器研制领域已有良好的研制基础，但“碳卫星”载荷研制仍需突破核心元件制造、高精度光谱定标设计与实现、工程化实施等技术难题。

研发团队突破了一系列核心关键技术

如何解决困难？

研发团队按照关键技术攻关和航天工程实施两条线索开展工作。

几年来，先后完成了两台载荷的设计、原理样机研制及验证、初样载荷研制、航空校飞试验等工作，突破了一系列核心关键技术。

设计上，“碳卫星”两台载荷采用一体化设计思想，在结构、电控、热控等单元均采用一体化的统一设计，最大地降低了载荷重量、功耗等资源的支出，为整星功能实现提供最有利条件。

在核心元件掌握方面，突破了大面积高精度衍射光栅制造、高精度高可靠性指向镜制造关键技术，并且使用空间适用应强的SiC材料作为基底材料，是目前国内同等尺寸下精度最高的全息光栅；指向镜组件采用特殊复合材料制备，在国内首次实现了漫反射面与镜面的一体化制造工艺。

在工程实现上，“碳卫星”载荷团队也付出大量心血。由于仪器性能要求，CO2探测仪在轨时需要在零下20度温度条件工作，由此要求仪器的所有组件装配均需要在零下20度低温下进行。当室外气温已经升至20℃时，装调小组的几个年轻人需要穿着厚厚的羽绒服，在零下20℃的低温箱中进行光机装调，而这样的工作一开始就要持续2-3个月。

功夫不负有心人，在经过了原理样机、力学热控样机、初样载荷等多个仪器产品试验验证，“碳卫星”载荷正样不仅达到预期的性能指标，并且通过全部空间环境试验，验证在轨工作的适应性。

“碳卫星”载荷已经完成实验室最终标定，于2015年12月交付上海微小卫星工程中心，开始正样阶段整星试验工作。对于“碳卫星”载荷研制团队来说，交付后仍然有许多重要的任务等待完成，也许只有等到卫星入轨后两台仪器获得准确的地球大气光谱数据后，他们才能稍稍地出一口气。

我国首颗碳卫星地面验证站选址：2012年已确定六个

早2012年9月25日，中国国家卫星气象中心卫星气象研究所副所长张兴赢向记者介绍说，已为我国首颗二氧化碳监测卫星确定了六个长期地面验证观测站。

“我们根据不同的纬度带、不同的下垫面特征以及不同的经济功能区选择确定观测验证站，同时我们还将利用全球可用的地面探测数据来提高我国碳卫星的二氧化碳定量产品的精度。”张兴赢介绍。这6个地面验证观测站包括中东部城市下垫面综合观测站（北京）、高纬观测站（黑龙江漠河）、 低纬观测站（广东广州）、 西部城市下垫面观测站（新疆乌鲁木齐）、沙漠下垫面观测站（新疆塔中）、 大气本底观测站（青海瓦里关）。

“这6个观测站将安装在线高精度温室气体探测仪，可根据需要对二氧化碳浓度进行实时监测，同时在北京的综合探测站还设有地基高光谱仪器，开展对整层大气二氧化碳浓度垂直变化的监测。”张兴赢当时介绍，“计划将于2012年完成6个观测站的建站工作，并进行仪器的稳定性和可靠性测试，计划在2013年投入业务试运行。”

国家卫星气象中心负责这颗碳卫星的数据接收、数据处理、产品反演以及地面验证的工作。“通过这6个观测站的高精度在线观测，实现对卫星二氧化碳产品的精度检验，提高卫星监测的精度。”张兴赢表示。