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南開大學光學工程科研成果助力我國大氣環境監測衛星研制工作
2022-04-20 11:12
南開大學
作者:

  4月(yue)16日(ri)2時16分,長(chang)征四號丙運載火箭在(zai)太原衛星(xing)發射中心發射升空,將大氣環境(jing)監測衛星(xing)送入預(yu)定(ding)軌(gui)道,發射任務取得圓滿成功(gong),星(xing)箭均(jun)由中國(guo)航(hang)天科(ke)技集(ji)團有(you)限公司八(ba)院抓總研(yan)(yan)制。南開大學(xue)現代光學(xue)研(yan)(yan)究所科(ke)研(yan)(yan)團隊在(zai)多載荷(he)細(xi)顆粒物高(gao)精度(du)探測全(quan)鏈路仿真方面的相(xiang)關研(yan)(yan)究成果,為該衛星(xing)載荷(he)的立項和研(yan)(yan)制成功(gong)提供了關鍵數據和理論支撐。

  大(da)氣(qi)環(huan)(huan)境監測(ce)衛星是(shi)《國(guo)家民用空間基礎設施中長(chang)期發展(zhan)規劃(2015-2025年)》部署科研任務,目標(biao)填補高精(jing)(jing)度大(da)氣(qi)成分探(tan)測(ce)等(deng)技術空白。衛星裝(zhuang)(zhuang)載(zai)多(duo)臺光(guang)學遙(yao)感儀器,是(shi)一顆集CO?激光(guang)主(zhu)(zhu)動探(tan)測(ce)、細顆粒物(wu)立體探(tan)測(ce)、氣(qi)態污染(ran)物(wu)探(tan)測(ce)和地表(biao)環(huan)(huan)境探(tan)測(ce)的(de)(de)多(duo)要素綜(zong)合監測(ce)衛星。該衛星國(guo)際(ji)上首次(ci)采用了主(zhu)(zhu)被動結合、多(duo)手段綜(zong)合的(de)(de)探(tan)測(ce)體制,通過裝(zhuang)(zhuang)載(zai)不同(tong)類型、不同(tong)原理(li)的(de)(de)載(zai)荷,對大(da)氣(qi)進行(xing)分層“CT”掃(sao)描(miao)。衛星首次(ci)實(shi)現全球氣(qi)溶膠光(guang)學厚度、形狀(zhuang)和尺寸等(deng)垂直分布信(xin)息的(de)(de)獲取(qu),綜(zong)合反演多(duo)種遙(yao)感數據,大(da)幅提升細顆粒物(wu)探(tan)測(ce)精(jing)(jing)度,實(shi)現對近地面細顆粒物(wu)(PM2.5等(deng))濃度的(de)(de)高精(jing)(jing)度監測(ce),為大(da)氣(qi)污染(ran)精(jing)(jing)準防治提供科學數據支撐。

  南開(kai)大(da)學(xue)光(guang)學(xue)工程學(xue)科劉(liu)偉偉教授(shou)、趙(zhao)星(xing)(xing)(xing)教授(shou)組(zu)織(zhi)學(xue)科青年科研(yan)人員,針對大(da)氣(qi)細顆(ke)(ke)粒物遙感衛(wei)星(xing)(xing)(xing)主被(bei)動(dong)結合、多(duo)手段綜合探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)載(zai)荷配(pei)置方案,建立了(le)(le)復雜(za)大(da)氣(qi)環境下多(duo)維跨尺度(du)光(guang)學(xue)參(can)數(shu)融合的(de)(de)計算(suan)模(mo)型(xing),完(wan)成了(le)(le)多(duo)載(zai)荷細顆(ke)(ke)粒物高精度(du)探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)全鏈路正演研(yan)究。研(yan)究成果突破(po)了(le)(le)傳(chuan)統在軌測(ce)(ce)(ce)量(liang)技術需要(yao)利用(yong)地(di)面站測(ce)(ce)(ce)量(liang)數(shu)據(ju)進行標定(ding)(ding)的(de)(de)局(ju)限性(xing),應(ying)用(yong)于衛(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)設(she)計與立項論證,解決了(le)(le)我國大(da)氣(qi)細顆(ke)(ke)粒物濃(nong)度(du)和(he)分布區域性(xing)差異大(da)、大(da)氣(qi)污染較為嚴重,而國際上缺(que)乏相(xiang)應(ying)成功(gong)經驗可以(yi)(yi)借鑒的(de)(de)難(nan)題。為確(que)保(bao)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)入軌后載(zai)荷的(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)(ce)能(neng)力(li)和(he)效能(neng)提(ti)供了(le)(le)關鍵數(shu)據(ju)支撐,為大(da)氣(qi)中細顆(ke)(ke)粒物(PM2.5等)濃(nong)度(du)和(he)分布的(de)(de)在軌高精度(du)定(ding)(ding)量(liang)化監測(ce)(ce)(ce),以(yi)(yi)及衛(wei)星(xing)(xing)(xing)研(yan)制(zhi)總體(ti)單(dan)位開(kai)展進一步多(duo)載(zai)荷指標綜合設(she)計優(you)化提(ti)供了(le)(le)主要(yao)依據(ju),有力(li)地(di)保(bao)障(zhang)了(le)(le)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)研(yan)制(zhi)立項及工作按進度(du)實(shi)施,獲得了(le)(le)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)研(yan)制(zhi)總體(ti)單(dan)位的(de)(de)高度(du)肯定(ding)(ding)。

  南(nan)開大學(xue)光(guang)(guang)學(xue)工程學(xue)科依托南(nan)開大學(xue)電光(guang)(guang)學(xue)院現代(dai)光(guang)(guang)學(xue)研(yan)(yan)究所建設,在母國(guo)光(guang)(guang)院士等老一(yi)輩(bei)科學(xue)家的帶(dai)領下,長期開展現代(dai)光(guang)(guang)學(xue)信息處理領域的教學(xue)科研(yan)(yan)和(he)人才(cai)培養工作,研(yan)(yan)究所立足學(xue)科特色,積極服務國(guo)家重大需求。以前(qian)期研(yan)(yan)制成功的在軌空(kong)間實(shi)驗(yan)室有害氣體(ti)檢測裝置以及此項研(yan)(yan)究成果為支撐,該團隊獲(huo)得2021年度天津市科技(ji)進步一(yi)等獎。

  據悉,此次發射成(cheng)功的大氣(qi)環境監測(ce)衛(wei)星(xing)(xing)是國(guo)際首顆具備(bei)二氧化碳(tan)(tan)激光探測(ce)能力(li)的衛(wei)星(xing)(xing),能夠大幅提(ti)升全球碳(tan)(tan)監測(ce)和空(kong)氣(qi)質(zhi)量(liang)(liang)監測(ce)能力(li),衛(wei)星(xing)(xing)在軌應用后將實(shi)現(xian)對(dui)生(sheng)態環境、氣(qi)象和農業等(deng)多領域定量(liang)(liang)遙(yao)感服務能力(li)的跨越式提(ti)升,助力(li)我(wo)國(guo)實(shi)現(xian)碳(tan)(tan)中(zhong)和與(yu)碳(tan)(tan)達峰、生(sheng)態文明建設等(deng)國(guo)家戰略,推動航天強國(guo)建設。

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