寬幅熱紅外成像儀助力熱紅外定量遙感

12月9日02時31分，高光譜綜合觀測衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空并成功入軌，標(biāo)志著高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項(xiàng)空間段建設(shè)任務(wù)圓滿收官。

高光譜綜合觀測衛(wèi)星將在生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、自然資源調(diào)查與監(jiān)測、大氣成分探測等方面發(fā)揮重要作用。

高光譜綜合觀測衛(wèi)星搭載了3臺載荷。其中，寬幅熱紅外成像儀是由航天科技集團(tuán)五院508所研制的一臺長波紅外寬幅相機(jī)。

它的成功入軌，使我國空間光學(xué)遙感領(lǐng)域再添紅外“新丁”，將為熱紅外定量遙感提供百米量級高時間分辨率數(shù)據(jù)，提升紅外數(shù)據(jù)應(yīng)用效能。

晝夜高效巡檢 作為一臺具有熱紅外譜段、大幅寬、面向定量應(yīng)用的光學(xué)遙感相機(jī)，寬幅熱紅外成像儀具備在一天內(nèi)看到我國絕大部分區(qū)域、兩天覆蓋全球的能力，可快速提供大范圍的晝夜熱紅外圖像。

它如同一位辛勤的“巡檢員”，晝夜不停地巡視地表溫度：哪里有水體熱污染排放，哪里有局部地高溫，哪里有干旱，哪個核電站溫排水對周圍水域影響大，哪里的高熱能企業(yè)集中，哪里鋼鐵等企業(yè)去產(chǎn)能效果明顯……這些統(tǒng)統(tǒng)都逃不過它的“法眼”，助力提升我國對水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、自然資源、應(yīng)急減災(zāi)等行業(yè)的監(jiān)管能力。

細(xì)數(shù)三大“法寶” 這臺相機(jī)之所以能擔(dān)此大任，得益于它的三大“法寶”：

1500km的大幅寬。它所拍攝的每一幅圖像就像一幅長長的畫卷，通過掃描機(jī)構(gòu)將一萬兩千多條掃描線，像竹簡一樣一字排開，每一掃就能觀測到1500km的廣袤山河。

星下點(diǎn)優(yōu)于100m的空間分辨率。在國際上100m分辨率量級的空間相機(jī)中，它的幅寬是最大的，可以直觀、清晰地迅速看到地表廣域范圍內(nèi)的晝夜熱紅外圖像。

4個長波紅外譜段。從溫度反演算法上精度更高、算法穩(wěn)定性更好，可實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性定量溫度反演。

三大系統(tǒng)護(hù)航

相機(jī)“三大法寶”的背后，是研制團(tuán)隊(duì)為其量身打造的圓周掃描控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和星上輻射定標(biāo)系統(tǒng)。

高精度圓周掃描控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)1500km大幅寬的關(guān)鍵。相機(jī)在軌運(yùn)行期間，既要及時準(zhǔn)確地到達(dá)每一個掃描位置，又要保證掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的速度均勻、每個掃描周期的穩(wěn)定和高重復(fù)性。為了達(dá)到要求，研制團(tuán)隊(duì)通過精細(xì)結(jié)構(gòu)密封、精密控溫、精確力學(xué)計(jì)算和仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證等手段突破技術(shù)難關(guān)，掃描機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了8角秒的控制精度，保證了這個重要部件的正常、穩(wěn)定工作。

太空的“氣候”忽冷忽熱，由于相機(jī)幅寬大，入光口直徑接近1米，而且不能被遮擋，這使得相機(jī)很容易受到外界溫度的影響。研制團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套智能高精度控溫系統(tǒng)，可以精確測量相機(jī)產(chǎn)品的溫度，在需要降溫的地方提前制冷，在需要保溫的地方主動閉環(huán)控溫。通過這套控溫系統(tǒng)，相機(jī)在高低溫極端的“氣候條件”下仍能保證鏡頭工作在最佳溫區(qū)，使光學(xué)系統(tǒng)具備獲得最佳像質(zhì)的條件。

對于紅外探測器這個核心器件，其成像焦面對溫度更是極其敏感，研制團(tuán)隊(duì)付出了艱辛的努力，最終實(shí)現(xiàn)了±0.01℃的高精度焦面控溫，可確保相機(jī)輸出的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)穩(wěn)定。

星上輻射定標(biāo)系統(tǒng)就像是一桿“秤”，準(zhǔn)確衡量空間相機(jī)圖像數(shù)據(jù)的輸入輸出關(guān)系，建立相機(jī)輸入輸出的高精度定量對應(yīng)關(guān)系，幫助用戶更精準(zhǔn)地反演地物溫度。為了使這桿“秤”更加精準(zhǔn)，研制團(tuán)隊(duì)除了在地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真空輻射定標(biāo)試驗(yàn)，還在相機(jī)內(nèi)部放置了一個基準(zhǔn)輻射源，也就是通常所說的星上黑體，地面輻射定標(biāo)試驗(yàn)通過多種工況數(shù)據(jù)的采集建立了星上定標(biāo)和地面定標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系，在軌利用這個對應(yīng)關(guān)系就可以獲得星上絕對定標(biāo)數(shù)據(jù)，為用戶提供絕對定標(biāo)系數(shù)，從而進(jìn)行定量應(yīng)用。

作為一臺全新的長波紅外空間相機(jī)，僅用16個月就順利完成正樣產(chǎn)品研制，它凝聚了五院508所研制團(tuán)隊(duì)對關(guān)鍵技術(shù)的精準(zhǔn)攻關(guān)、對過程質(zhì)量的精細(xì)管控，以及疫情期間隊(duì)員們無所畏懼堅(jiān)守崗位勇保成功的堅(jiān)定信念。它的在軌運(yùn)行，將助力我國熱紅外遙感定量應(yīng)用邁上新臺階！

審核編輯：劉清