天宮一號高光譜成像儀成果介紹

 2011年9月29日，我國在酒泉衛星發射中心成功發射天宮一號目標飛行器，利用目標飛行器的實驗支持能力，載人航天工程空間應用系統開展了地球環境監測實驗。由上海技術物理研究所（負責承擔高光譜成像儀的短波紅外和指向反射鏡兩部分設備）和長春光機所共同研製的高光譜成像儀在實驗中獲得大量寶貴的數據，這些數據廣泛應用於國土資源、林業、農業、油氣、礦產、海洋、城市熱島、大氣環境探測、材料科學等領域的研究。

天宮一號目標飛行器搭載的高光譜成像儀是目前我國空間解析度和光譜綜合指標最高的空間光譜成像儀。與國際同類產品相比，在地物分類、波段範圍等多方面已接近或達到相同水平。在已經完成的地球環境監測一系列實驗中，高光譜成像儀取得了以下成果：

1．森林防火方面

目前我國使用的其它衛星對較大面積的火場非常敏感，但對燃燒初期、面積較小（如6000平方米以下）的森林火災通常較難探測到，高光譜成像儀短波紅外探測設備為探究較小面積森林火情信息做了系列實驗。利用覆蓋北京市某區高光譜短波紅外數據，對同步試驗的火場在其波段的光譜反映進行分析。分析結果表明：正在燃燒中的小火可在天宮一號高光譜短波紅外數據的中波範圍內（約2.1um）檢測出來；即短波紅外數據具有探測面積小於其空間解析度的火的能力。

註：F表示起火點  北京某區火場位置示意圖

2．油氣探測方面

此次實驗採用高光譜成像儀短波紅外數據，提取粘土礦物蝕變、二價鐵離子蝕變、烴類蝕變異常等烴類微滲漏信息，最終通過綜合分析確定潛在油氣藏區域。例如，利用青海祁連山地區的光譜數據，查明該地區有較大的油氣探測能力。

青海祁連山地區鐵離子富集指數三維效果圖

3．水文生態監測方面

利用獲取的喜馬拉雅山脈中國邊界地區高光譜成像儀短波紅外波段數據，製備了該地區雪粒徑圖。雪粒徑是引起積雪反照率變化的重要參數之一，雪粒徑的反演對於積雪反照率計算進而估算全球能量平衡有重要意義；雪粒徑又是許多積雪模型和氣候模型的重要輸入因子。

喜馬拉雅山脈中國邊界地區雪粒徑分類圖

4．地質勘查領域方面

高光譜遙感技術通過識別多種地質作用過程中形成的礦物分布，為地質分析、資源勘查提供物質成分信息支撐。目前高光譜遙感使用的光譜段主要為可見近紅外/短波紅外，可識別OH-、SO42-、CO32-、Fe3+等礦物種類，甚至可半定量估算其含量以及某些礦物晶格中的類質同像替換。與國際同類產品相比，天宮一號高光譜數據識別效果同Hyperion數據相當。

甘肅北山天宮一號高光譜數據礦物分布圖

以上列舉的是部分成果，該成像儀在林業荒漠化、城市土地利用監測、湖泊灘涂識別、海洋監測等方面也取得了成果。

獲取的高光譜數據進行南海珊瑚礁監測

北京通州區北部圖像和土地利用監測結果

高光譜成像儀是國際上首次採用相移速度補償技術實現航天高解析度短波紅外高光譜成像，設備在研製過程中提出多個創新點和多項新技術。短波紅外探測設備空間解析度為20米，共有73個波段，光譜解析度達到23nm，該設備具有波段多、波段寬度窄、光譜解析度高、數據量大、圖譜合一等特點。指向反射鏡設備在國內首次採用輕量化的SiC材料，並使用無應力支撐技術，設計的雙軸承組既能滿足高精度的要求，又可以航天長壽命的可靠性要求。

上海技術物理研究所負責承擔此次任務的是第二研究室的科研人員，項目組開始承擔任務時的平均年齡約25歲，歷經6年時間完成此項任務。這是一隻年輕的隊伍，雖然經驗不足，但年輕人所特有的拼搏精神和不怕困難迎難而上的鬥志又是這個項目組的寶貴財富。在任務研製的各個階段，課題組遇到過各種各樣的問題，經歷了多個歸零，但大家從未放棄，堅持不懈的努力，始終謹記航天精神，把成功完成任務作為自己的最終目標。參加研製的青年科研人員也在工作中得到提高，逐漸成長為項目組中的骨幹力量。

天宮一號高光譜成像儀截止7月26日已在軌運行近7000小時，獲得大量有價值遙感數據，經初步處理後，已分別向國土資源部航遙中心、國家海洋局國家衛星海洋應用中心、中國林業科學研究院、以及中科院遙感所、對地觀測與數字地球科學中心、青藏高原研究所、寒區旱區環境與工程研究所等用戶單位提供數據約2TB，為各類用戶開展地質調查、礦產和油氣資源勘查、水文生態監測以及環境汙染監測分析提供了支撐服務。今後，高光譜成像儀還將繼續著它的使命，為我國地球環境監測工作提供更多寶貴的數據。

註：文中涉及的圖片和數據分析成果摘自《中國載人航天工程網》。