碳衛星是這樣煉成的

龔建村：工程總體副總指揮，中科院空間中心副主任

尹增山：衛星系統總設計師，中科院微小衛星創新研究院

鄭玉權：中科院長春光機所研究員

楊忠東：地面應用系統總設計師

龔建村：我是量子衛星工程的副總指揮，同時擔任碳衛星的副總指揮。

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

另外，在二氧化碳監測方面，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射，但是我們的碳衛星上去以后，一些核心技術應該還有所領先，因此碳衛星躋身世界先進行列，我覺得是當仁不讓。因為在碳衛星的研制過程中，無論是衛星平臺的研制單位，還是載荷研制單位，都拿出了最高水平，實現了最高精度。

碳衛星工程任務除了在技術上實現了很多創新突破以外，還離不開管理模式上的創新，更離不開多部委的協同支持。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，想把一顆衛星發上天是不可能的，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、甚至上百發衛星成功發射的組織管理經驗模式，才有可能實現最后的成功。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，最終實現了碳衛星在技術和管理上的創新，這是一個非常重要的過程。

尹增山：整個碳衛星實際上是從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，傳統的衛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，更是技術進步。過去我們的衛星，一般都是對地看，或者是對天看。而我們這個衛星在天上，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。所以這個衛星的模式非常多，所以就必須要求這個衛星控制系統非常復雜。團隊也克服了這個難題，來實現這個系統能力。

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星不一樣的是，別的衛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星系統。即天上要獲得非常穩定的數據，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據。

此外，我們還講到一個高光譜分辨率，這個衛星要求在軌運行非常穩定。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定。我們整個衛星，包括載荷、包括衛星，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，我們必須要克服。

那么這是技術方面的。現在整個衛星重量是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據，因為它是16天，那么有季節性的，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性數據，它是一個大體的，非常快速的分辨率探測大氣中二氧化碳的分布情況。當然這顆衛星是一顆科學實驗衛星，是我們邁出的第一步，通過這顆衛星，以及持續的衛星發射，空間可以組網，我們的系統能力會不斷提升。

衛星系統由我們中國科學院微小衛星創新研究院研制，這也是我們在量子衛星發射成功以后的科學實驗衛星。這同時也是我們創新研究院，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星的情況。

鄭玉權：因為長春光機所承擔了兩個二氧化碳衛星的載荷研究，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，包括我們整個系統的利用環境的光譜和技術。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。整個地面應用系統主要依賴我們國家風云三號衛星地面應用系統資源。三個衛星地面站，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地面站。通過這三個站可以保證把我們碳衛星所有的觀測數據，完整及時地接收，這是第一步數據的獲取。

然后第二步，收了數據以后，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，現在已經全部完成科學算法研究和軟件開發工作。有精確觀測數據，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，用來檢驗驗證衛星精度究竟怎么樣。

除了這6個國內站，我們也會聯合使用國外地基觀測站點數據驗證全球觀測精度。碳衛星的數據面向所有的用戶開放。我們建立了一個數據服務系統。全球的數據，數據量非常大。服務系統會保證及時、準確，向所有的用戶包括世界用戶，提供數據。

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，一顆碳衛星是遠不夠的，即便是加上美國的OCO-2衛星，觀測數據量依然很少。

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。未來還需要發展更多的大氣二氧化碳觀測衛星。在2020年之前，將有兩顆風云三號衛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展需求。