高分五號「火眼金睛」是怎樣煉成的
中國高分家族再添一員大將。
5月9日凌晨，我國在太原衛星發射中心成功發射第一顆高光譜綜合觀測衛星高分五號。來自國防科工局、國家航天局的消息顯示，此舉有望填補國產衛星無法有效探測區域大氣汙染氣體的空白，可動態反映我國大氣汙染狀況。
高分五號裝載2臺全新研製的陸地觀測載荷和4臺全新研製的大氣類觀測載荷。高分五號衛星總設計師、航天科技集團上海航天技術研究院研究員孫允珠說，正是這六大載荷「神器」讓高分五號煉就了「火眼金睛」，也為我國環境監測、國土資源勘探，建設美麗中國增添了一雙「慧眼」。
地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特徵，可以說，光譜就像人的「指紋」一樣，是用以識別和分析不同物體的一種重要的「身份證」。
航天科技集團上海航天技術研究院高分五號衛星總指揮蔣光偉說，如果說肉眼光學成像只能看到物質的形狀、尺寸等信息，光譜分析則可以通過「圖譜合一」探測物質的具體成分，「不僅能探測一個地方有沒有礦，還可以分析是何種礦」。
也因此，高光譜遙感被看作當前遙感技術的前沿領域，它的出現是遙感界的一場革命。蔣光偉說，作為高分重大專項的重要組成部分，高分五號衛星是實現我國高光譜解析度對地觀測能力的重要標誌之一。
在遙感領域，一般多光譜衛星有幾個或幾十個探測通道，高分五號衛星攜帶的可見短波紅外高光譜相機，卻有330個探測通道，可以獲取0.4至2.5微米譜段的圖像和連續光譜信息，其強大探測能力可見一斑。
此外，這臺相機的可見光譜段光譜解析度達到5納米，不僅可以監測飲用水源地汙染，還可以通過高光譜成像識別內陸水體綠藻、黃藻等藻類的生長變化情況。
蔣光偉說，高分五號搭載的大氣主要溫室氣體監測儀，是國際上首臺採用空間外差幹涉體制進行溫室氣體探測的有效載荷，可用於區域大氣環境監測，分析全球溫室氣體起源與經風向傳播的「旅行圖」，為氣候變化研究及環境外交提供基礎數據。
根據國防科工局、國家航天局披露的消息，高分五號在國內首次運用天底觀測、掩星觀測、海洋耀斑觀測、多角度觀測、偏振觀測等多種探測手段，多達26種工作模式，幾乎涵蓋目前光學遙感衛星之所能。
從這個角度來說，高分五號作為目前國內探測手段最多的光學遙感衛星，就像是一個全能運動員。孫允珠說，高分五號其實就是將大氣和陸地觀測兩類衛星的功能集合在一顆人造衛星上。
這其中，高分五號衛星搭載的大氣痕量氣體差分吸收光譜儀，是我國第一臺用於二氧化硫、二氧化氮、臭氧等全球汙染氣體探測的高光譜有效載荷，其天底觀測角度達114度。
蔣光偉打了個比方，這臺光譜儀就像是一個超高清廣角鏡，在距離地球700多公裡的太空，不但一天就可以覆蓋全球，而且能「看到」大氣中含量極少的二氧化硫等汙染氣體，並定量監測其分布、變化和輸運過程。
另一個名為大氣氣溶膠多角度偏振探測儀的設備，則可實現大視場和多角度成像，這意味著，高分五號衛星可以對地表任一目標均可實現9到11個角度的全方位觀測，可用於霧霾、大氣顆粒物等大氣環境監測及氣候變化研究。
高分五號除了有高光譜的獨門功夫，在高定標精度的能耐方面也極為出眾。
航天科技集團上海航天技術研究院高分五號衛星工程總師徐博明說，高精度的定標，是高光譜衛星定量化應用的基礎，「就像一把尺子是否準確需要標校一樣，尺子不準，做得再精緻，測出的數據也是不準確的」。
高分五號搭載的太陽漫反射板、比輻射計、變溫黑體、LED等7類星上定標器，就是用來給衛星載荷光譜定標的工具，其光譜定標精度最高可達0.008波數——這是國內定標精度最高的衛星。
高分五號衛星工作的地點是在距離地球700多公裡的太陽同步軌道，這裡每天都要經歷近15次高低溫變化和空間輻照影響，這對衛星使用壽命是極大的考驗。
蔣光偉說，研製團隊為此整整花了一年時間重新論證並改進、優化原先的設計方案，從元器件和線纜，從電源到活動部件，從載荷到平臺，哪怕是一個元器件都要尋根究底，保證「歷史清白」，開展了75項試驗驗證工作，突破多項關鍵技術。
值得一提的是，上海航天技術研究院的研製團隊做了8萬次的讀寫試驗，「相當於在軌使用16年，結果發現一個壞區都沒有。」蔣光偉說。
他還提到，高分五號衛星的天線在軌期間，每天都要進行大角度的擺動，是對使用壽命考驗最大的部件之一。即使衛星實際在軌運行8年也只需6萬多次擺動，但研製團隊在地面上卻足足做了8萬次擺動驗證試驗。
一個有必要交代的背景是，此次發射高分五號衛星，對外所稱設計壽命為8年。而當前國內低軌遙感業務星的設計壽命，一般僅為3～5年。