2022年4月16日，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星隨長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭發(fā)射升空。衛(wèi)星搭載五個(gè)被動(dòng)探測(cè)載荷，并在國(guó)際上首次搭載大氣探測(cè)激光雷達(dá)這一主動(dòng)探測(cè)載荷，可實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的全天時(shí)、高精度探測(cè)，將為我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略發(fā)展提供重要數(shù)據(jù)支撐。
衛(wèi)星搭載的遙感儀器，各自發(fā)揮了何種獨(dú)特作用？控制系統(tǒng)又如何實(shí)時(shí)“應(yīng)變”？
“相當(dāng)于五個(gè)乘客拼了個(gè)‘太空專車’，他們每個(gè)人手持各種測(cè)量?jī)x器，對(duì)大氣細(xì)顆粒物、溫室氣體、氣態(tài)污染物、云和氣溶膠等大氣環(huán)境以及水環(huán)境等生態(tài)環(huán)境要素進(jìn)行連續(xù)、動(dòng)態(tài)的綜合監(jiān)測(cè)。”中國(guó)航天科技集團(tuán)八院控制所衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張艷召說，“特別是大氣探測(cè)激光雷達(dá)這位‘貴客’，對(duì)專車司機(jī)的駕駛技術(shù)提出了很高的要求。”
據(jù)張艷召介紹，大氣探測(cè)激光雷達(dá)在工作時(shí)，實(shí)時(shí)對(duì)地發(fā)射不同波段的激光，并接收激光的回波信號(hào)，通過對(duì)接收到的回波信號(hào)，反演全球大氣中的二氧化碳柱濃度信息以及云和氣溶膠的垂直分布信息。“我們都知道波遇到運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，地球的自轉(zhuǎn)也會(huì)讓激光回波信號(hào)產(chǎn)生多普勒頻移，不同位置的自轉(zhuǎn)速度不同，頻移量也不一樣，想要在反演的時(shí)候準(zhǔn)確補(bǔ)償這一因素的影響，就需要激光雷達(dá)對(duì)于射出‘子彈’的落點(diǎn)一清二楚，這就是指向測(cè)量精度。”
針對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的這一特點(diǎn)，衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)采用了三軸零動(dòng)量的“駕駛”技術(shù)，并且“司機(jī)”在太空踩下第一腳油門之前，首先會(huì)對(duì)“乘客們”的初始狀態(tài)進(jìn)行重新確認(rèn)，也就是進(jìn)行在軌絕對(duì)定標(biāo)。張艷召解釋，在太空環(huán)境中，由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放等原因，在地面上通過機(jī)械結(jié)構(gòu)固連在一起的載荷與星敏感器等姿態(tài)測(cè)量?jī)x器的相對(duì)位置關(guān)系會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量鏈路產(chǎn)生初始誤差。姿軌控分系統(tǒng)設(shè)定了激光測(cè)距定標(biāo)及地面靶標(biāo)絕對(duì)定標(biāo)兩種定標(biāo)工作模式，將全鏈路誤差修正到最低，從而保證能夠得到激光雷達(dá)的絕對(duì)姿態(tài)指向信息。
激光雷達(dá)不分白天黑夜全天時(shí)工作，可謂是一個(gè)兢兢業(yè)業(yè)的“勞模”。除了敬業(yè)之外，它還是一個(gè)十足的“強(qiáng)迫癥”，時(shí)刻不忘擺正自己的姿態(tài)，以保證極高的指向測(cè)量精度，為此，國(guó)內(nèi)首次創(chuàng)新應(yīng)用了無控制點(diǎn)激光光軸自標(biāo)定技術(shù)。這一“神技”順利施展的前提是要有一把能夠?qū)崟r(shí)提供絕對(duì)姿態(tài)信息的“標(biāo)尺”，也就是“司機(jī)”的“眼睛”——星敏感器。激光雷達(dá)自身發(fā)射的光源分束后經(jīng)星敏感器支架上的棱鏡反射，建立起激光雷達(dá)與星敏感器的在軌標(biāo)校系統(tǒng)，這樣激光雷達(dá)就可以借助星敏感器這雙“慧眼”實(shí)時(shí)明確自己“身在何方”。
“為提供高精度在軌三軸慣性測(cè)量精度，姿軌控分系統(tǒng)采用了高精度多頭星敏感器。”中國(guó)航天科技集團(tuán)八院控制所衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師孫尚說，“這好比用‘三只眼睛’同時(shí)定位，利用一個(gè)‘大腦’融合處理出更高精度的姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)。”
（本報(bào)北京4月17日電 本報(bào)記者 張亞雄 張 蕾 本報(bào)通訊員 陳葆娟）
標(biāo)簽： 姿軌控分系統(tǒng) 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星
