为什么要研发碳卫星？

研发碳卫星，可使中国拥有二氧化碳的自主数据，才能在全球气候谈判中掌握主动权。国家遥感中心总工程师李加洪称，中国政府研制并发射碳卫星，对全球大气中二氧化碳浓度进行动态监测，进而给出全球碳分布数据，不仅是中国应对全球气候变化采取的积极行动，而且也体现了负责任大国的担当。

同时，在李加洪看来，“做全球二氧化碳监测仅仅一两颗卫星是不够的，我国是第三颗，欧洲也将碳卫星列入计划。我们希望通过这颗卫星和其他几个国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据”。

碳监测卫星是我国的空白，对于我国科研人员来说是一种全新的挑战，只能摸着石头过河。“我们刚开始也是两眼一抹黑。这类卫星对于光学仪器的要求非常高，我们在元器件等各方面是否能满足需求？”卢乃锰说，没有人敢打包票，“在走访了全国十多个相关单位后，大家心里有点底了。”

中国碳卫星还加载了真正意义上的云与气溶胶监测仪。李加洪解释：“利用它能排除云和空气中气溶胶的影响，也就是解决对二氧化碳监测的‘噪音’干扰问题。”

具体到指标设计，卢乃锰说，“我们在反复权衡功能、精度和工艺水平后，确定了合适的配置方案”。最终，在“跳起脚能够得着”的宗旨下，中国的碳卫星不仅实现了各项设计指标，还极大地带动了我国多项相关技术的突破。

“碳卫星由863计划立项，前期主要按照863项目管理，但后期工程主要以航天工程模式进行管理。”参与863计划全过程管理的李加洪介绍，中科院负责碳卫星工程的组织实施，中国气象局负责地面应用系统。该工程按照航天工程管理模式，专门成立了卫星工程总师和总指挥两总管理体系，通过工程“两总”体系，使得863项目管理和航天工程管理之间得到了有机结合，实际也实现了国家科技计划中工程性项目的管理创新。

“该项目立项还紧密结合相关部门的需求，如它与中科院先导专项的碳专项紧密结合，也与中科院一直推动系列科学实验卫星计划不谋而合。”李加洪说。

从厚厚包裹着地球的大气层中，识别出哪些气体是二氧化碳，还要画出一张张“动态图”——碳卫星需要安上特制的“千里眼”。

本次发射的碳卫星，搭载了一台高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。这台探测仪的工作原理，是在可见光和近红外谱段，利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度。

用通俗的话说，就是通过看“颜色”来识别二氧化碳气体。中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员郑玉权解释，太阳光经过空气时，空气中的二氧化碳分子对许多精细的颜色有了不同程度吸收。通过光学仪器对这些色彩进行非常精准的测量，可以反向推算出二氧化碳分子数量，从而得知大气中的二氧化碳浓度。

碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm（百万分比浓度），即是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，“千里眼”就必须发现。

长春光机所助理研究员蔺超说，长春光机所为此制造了大面积衍射光栅，相当于在头发丝的宽度上划出200余条形状和直线度要求很高的刻线，“这样的精密元件，如同细密梳子，才能过滤出更为精细的色彩”。

碳卫星工程地面应用系统总设计师杨忠东说，全球二氧化碳地面观测站点总共仅有数百个，难以满足监测需求，只有用卫星俯瞰，才能绘制二氧化碳分布的全景图。

科技部国家遥感中心总工程师李加洪说，在碳排放数据上知己知彼，对提升我国在国际气候变化方面的话语权具有重要意义。

全球变暖、极端天气……严峻的气候变化形势面前，减少二氧化碳等温室气体的排放成为必然选择。碳排放的量化监测是各国最终实现温室气体减排的重要技术基础，在所有的碳排放量监测手段中，目前只有星载高光谱温室气体探测技术既能对二氧化碳等温室气体浓度进行高精度探测，又能获取全球各区域的气体浓度分布数据。

正因如此，各发达国家纷纷研发专用卫星。由于技术难度极高，目前仅有两颗卫星从太空监视地球温室气体排放：一颗由日本2009年发射，一颗由美国2014年发射。

李加洪介绍，我国发射的碳卫星通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。

“持家先要有账本，这个‘账本’就是我们自己监测到的碳排放量。” 李加洪说。

碳卫星上除了搭载二氧化碳探测仪，还有另一件“利器”——多谱段云与气溶胶探测仪。这台探测仪可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为科学家精确反向推演二氧化碳浓度剔除干扰因素。

多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”，但可能会带来许多意想不到的收获。

杨忠东说，多谱段云与气溶胶探测仪能监测大气中的颗粒物，可以帮助气象学家提高天气预报的准确性，并为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。

研究人员表示，具体如何监测雾霾，要等碳卫星传送回第一份数据后再做分析判断。

此外，碳卫星实现全球观测，是卫星平台频繁调整姿态、“翩翩起舞”的结果。在此过程中，科研人员突破了多项关键技术，实现了技术跨越发展。

作为中国首颗“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，为节能减排等宏观决策提供数据支撑，增加中国在国际碳排放方面的话语权。

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