光明日報記者 張亞雄 張 蕾 光明日報通訊員 陳葆娟

　　2022年4月16日，大氣環(huán)境監測衛星隨長(cháng)征四號丙運載火箭發(fā)射升空。衛星搭載五個(gè)被動(dòng)探測載荷，并在國際上首次搭載大氣探測激光雷達這一主動(dòng)探測載荷，可實(shí)現對二氧化碳的全天時(shí)、高精度探測，將為我國“碳達峰、碳中和”戰略發(fā)展提供重要數據支撐。

　　衛星搭載的遙感儀器，各自發(fā)揮了何種獨特作用？控制系統又如何實(shí)時(shí)“應變”？

　　“相當于五個(gè)乘客拼了個(gè)‘太空專(zhuān)車(chē)’，他們每個(gè)人手持各種測量?jì)x器，對大氣細顆粒物、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、動(dòng)態(tài)的綜合監測。”中國航天科技集團八院控制所衛星姿軌控分系統副總設計師張艷召說(shuō)，“特別是大氣探測激光雷達這位‘貴客’，對專(zhuān)車(chē)司機的駕駛技術(shù)提出了很高的要求。”

　　據張艷召介紹，大氣探測激光雷達在工作時(shí)，實(shí)時(shí)對地發(fā)射不同波段的激光，并接收激光的回波信號，通過(guò)對接收到的回波信號，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動(dòng)的物體會(huì )產(chǎn)生多普勒頻移，地球的自轉也會(huì )讓激光回波信號產(chǎn)生多普勒頻移，不同位置的自轉速度不同，頻移量也不一樣，想要在反演的時(shí)候準確補償這一因素的影響，就需要激光雷達對于射出‘子彈’的落點(diǎn)一清二楚，這就是指向測量精度。”

　　針對大氣環(huán)境監測衛星的這一特點(diǎn)，衛星姿軌控分系統采用了三軸零動(dòng)量的“駕駛”技術(shù)，并且“司機”在太空踩下第一腳油門(mén)之前，首先會(huì )對“乘客們”的初始狀態(tài)進(jìn)行重新確認，也就是進(jìn)行在軌絕對定標。張艷召解釋?zhuān)谔窄h(huán)境中，由于結構應力釋放等原因，在地面上通過(guò)機械結構固連在一起的載荷與星敏感器等姿態(tài)測量?jì)x器的相對位置關(guān)系會(huì )發(fā)生細微的變化，這會(huì )導致測量鏈路產(chǎn)生初始誤差。姿軌控分系統設定了激光測距定標及地面靶標絕對定標兩種定標工作模式，將全鏈路誤差修正到最低，從而保證能夠得到激光雷達的絕對姿態(tài)指向信息。

　　激光雷達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“強迫癥”，時(shí)刻不忘擺正自己的姿態(tài)，以保證極高的指向測量精度，為此，國內首次創(chuàng )新應用了無(wú)控制點(diǎn)激光光軸自標定技術(shù)。這一“神技”順利施展的前提是要有一把能夠實(shí)時(shí)提供絕對姿態(tài)信息的“標尺”，也就是“司機”的“眼睛”——星敏感器。激光雷達自身發(fā)射的光源分束后經(jīng)星敏感器支架上的棱鏡反射，建立起激光雷達與星敏感器的在軌標校系統，這樣激光雷達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量精度，姿軌控分系統采用了高精度多頭星敏感器。”中國航天科技集團八院控制所衛星姿軌控分系統副主任設計師孫尚說(shuō)，“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)測量數據。”