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行业新闻
星际娱乐基准星:将卫星“校正场”搬上太空

发布时间:2018-11-23

  在太空中,每时每刻,遥感卫星都像眼睛一样在注视着地球,监测这个系统的云团、海流、气温变化等。但如何能让这些“太空眼”看得越来越清楚,科学家们一直在思索,能否发射一颗空间辐射测量基准卫星,以提高遥感卫星的辐射定标精度,减小观测误差。

  “如今,依托国家863计划地球观测与导航技术领域‘空间辐射测量基准源研制’项目,这一设想越来越接近现实。”13日,在由中国气象局等主办的第五届风云卫星发展国际咨询会暨首届风云卫星用户大会间隙,国家卫星气象中心副主任张鹏在接受科技日报记者采访时说。那么,到底什么是空间辐射测量基准卫星,其又将发挥怎样的作用呢?

  生活中,很多人都戴有手表,用来显示时间,但经常会出现两块表指示时间有差异的情况,卫星也是如此。同一卫星随着其寿命期延长,其资料会衰减,不同卫星之间更会出现不一致,因此,就需要有一颗基准卫星,就像为手表授时一样。

  如同一个没有刻度的温度计和尺子,无法给别的物体测量温度、丈量长度,卫星也要定标,给空间仪器观测数据进行量值刻度,才能测量得更加精确。但是这个定标过程比起一般的地面仪器标定要复杂许多,而且遥感仪器在轨长期工作存在衰退,定标工作不能一劳永逸。

  “发射一颗空间辐射测量基准卫星,这颗卫星在绕地球飞行时,会和其他卫星有一个轨道交叉,利用该卫星与其他遥感卫星对地球同一目标同时进行观测,就可以把这颗卫星的观测结果传递到另一颗卫星上,用以卫星标定。”张鹏说。

  对这种方法,国家卫星气象中心总工程师卢乃锰曾有一个形象的说法:“做一个高精度的天平,先用这个天平称完苹果,再将苹果放到别的天平上,就能标定好其他任何一个天平。”

  历史上,我国主要采用地面辐射技术对遥感器进行定标,利用地面辐射特性均匀稳定的目标,将其作为“基准”,在卫星飞过时通过星地同步观测,将“基准”传递到卫星上以校准遥感器偏差。利用这种方法,红外光定标精度徘徊在1K—1.5K,可见光通道约5%—7%,与0.2K和2%的国际水平存在很大差距。

  应用定标卫星的好处是,用一颗基准星就可以对其他所有遥感卫星进行标定,从而大大降低每颗卫星都设计高精度定标系统所带来的成本。

  “再就是气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求。”张鹏说,气候变化研究需要甄别每百年不到1K的温度观测,测量精度是天气尺度的10倍甚至100倍,太阳辐射直接观测相对误差需要稳定在0.1%,反射太阳辐射需要稳定在误差3%。我国现有的辐射技术显然无法满足这一需要。

  “但是,由于空间辐射测量基准卫星定标精度要比现有遥感卫星高一个数量级以上,必须完成原理突破和技术革新,研制难度极大。”张鹏说,卫星发射后,有一个传递链断裂问题,因为把仪器送到天上,没有办法再去定标设备到底观测准还是不准,当前发展的方向就是从看图说话到定量应用,这就需要解决一个关键技术,即辐射参量技术,将观测数据溯源到跟在实验室一样甚至是国际辐射单位,这样才能保证不同卫星观测数据的一致性,从而有利于开展科学研究。

  张鹏表示,基准卫星就相当于把实验室的基准给搬到了天上,如大家都知道,温度计定标时,0摄氏度是冰水混合物,100摄氏度就是沸点,这都是物理基准,不依赖仪器。那在研发时就要找到一些特殊材料的这种相变点,把它放到天上,不管什么东西改变,其温度都是那样的。

  “也就是两条腿走路,一条腿就是把卫星的定标设备做好,定标精度比以前提高10倍甚至100倍。”张鹏说,再就是找一些自然基准,如所有卫星都可以看到月亮,月亮在反射光时会有一个暗区和亮区,这是不变的,通过这些自然基准去验证卫星的设计是不是准确。

  尽管很难,但张鹏表示,通过三年技术攻关,项目团队已完成了远期发展定标卫星的核心支撑技术研发,创新构建了不同谱段的辐射基准源,并完成原理样机研制,同时开发了基于月球源可见光定标技术。其中,红外绝对辐射温度基准源系统不确定度优于0.15K,可见光自校准辐射基准源系统绝对响应不确定度优于0.3%,太阳光谱辐射基准溯源系统不确定度优于0.2%(<1600纳米)和0.5%(>1600纳米);基于月球反射的可见光谱段月球定标技术系统实现在轨卫星定标检验,不确定度优于3%。

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