不久前，繼美、日之后，地球上空的碳衛(wèi)星“家族”又會添新成員——中國將發(fā)射國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星。
按照設(shè)計，在未來幾年，它將在太空巡游，通過不斷變換觀測模式，完成對全球二氧化碳的監(jiān)測，并借助模式同化技術(shù)，最終形成全球碳排放情況的“體檢報告”。
其實，早在2010年，中國就開始部署并緊鑼密鼓地對碳衛(wèi)星項目進(jìn)行論證，并于2011年啟動實施863計劃“十二五”重大項目“全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)試驗衛(wèi)星與應(yīng)用示范”。
中國為什么這么需要一顆碳衛(wèi)星？布局這步棋將對全球氣候變化的監(jiān)測和分析起到什么作用？
摸清二氧化碳的來去“蹤跡”
氣候變化一直是全世界關(guān)注的熱詞。但是，國際上對影響全球氣候變化關(guān)鍵因子的連續(xù)監(jiān)測和分析仍很薄弱，尚未形成完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
“從人類有限的對大氣二氧化碳的地面直觀觀測史來看，150年來，大氣中的二氧化碳的濃度已經(jīng)從280ppm上升到400ppm。這導(dǎo)致過去100年全球平均氣溫上升了約0.7攝氏度，由此導(dǎo)致災(zāi)害性天氣頻發(fā)、強(qiáng)度加大。”碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家盧乃錳告訴科技日報記者，目前主流觀點認(rèn)為，如果溫度繼續(xù)上升，即使此后將二氧化碳濃度減小，地球也會發(fā)生不可逆的變化。
那么，問題來了：采集大氣中二氧化碳濃度的相關(guān)數(shù)據(jù)，全球地面都設(shè)有觀測點，為什么要發(fā)衛(wèi)星？“其實地面觀測的絕對精度要比衛(wèi)星觀測精度高，但地基觀測不能解決全球大氣碳含量的空間分布問題，更不能監(jiān)測到海洋上空大氣中二氧化碳的含量。”盧乃錳介紹，2010年左右，全球的二氧化碳地面觀測站點僅有200多個，難以滿足監(jiān)測需求。
當(dāng)今碳循環(huán)科學(xué)面臨的最大問題，就是在全球和區(qū)域尺度上無法準(zhǔn)確獲取二氧化碳通量（單位時間內(nèi)通過單位面積的二氧化碳總量）信息。所以，需要通過空間觀測手段，完成對全球和區(qū)域范圍內(nèi)二氧化碳的測量，以提高人類對全球碳循環(huán)過程的理論認(rèn)識，進(jìn)而改進(jìn)氣候變化預(yù)測結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性。
一個好漢三個幫，碳衛(wèi)星又來了“中國造”
正是基于上述認(rèn)識，2009年，日本發(fā)射了世界首顆溫室氣體觀測衛(wèi)星（GOSAT）。同年，美國的碳衛(wèi)星（OCO-1）首次發(fā)射失敗，后于2014年再次發(fā)射其替代者OCO-2。
已有美日兩顆碳衛(wèi)星在前，中國是否還有必要自立門戶？盧乃錳用我國氣象衛(wèi)星的發(fā)展歷程來回應(yīng)這一疑問：“當(dāng)初中國一窮二白，在我們發(fā)射氣象衛(wèi)星遭遇挫折的時候，很多人說，既然可以免費用日本的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，就不要發(fā)射自己的氣象衛(wèi)星了，但從長遠(yuǎn)角度看，作為一個大國，不能依賴國外，必須克服困難，堅定地走自主發(fā)展的道路，這樣才形成如今在氣象衛(wèi)星領(lǐng)域美國、歐洲和中國三足鼎力的局面。”
在二氧化碳監(jiān)測問題上，更為現(xiàn)實和迫切的需求是，中國必須擁有自主數(shù)據(jù)才能在全球氣候談判中掌握主動權(quán)。持家得先有賬。國家遙感中心總工程師李加洪接受科技日報獨家專訪時說，中國政府研制并發(fā)射碳衛(wèi)星，對全球大氣中二氧化碳濃度進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)而給出全球碳分布數(shù)據(jù)，不僅是中國應(yīng)對全球氣候變化采取的積極行動，而且也體現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)。
同時，在李加洪看來，“做全球二氧化碳監(jiān)測僅僅一兩顆衛(wèi)星是不夠的，我國是第三顆，歐洲也將碳衛(wèi)星列入計劃。我們希望通過這顆衛(wèi)星和其他幾個國家合作形成碳衛(wèi)星‘虛擬星座’，聯(lián)合觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)”。
研制：從心里沒底到“跳起腳能夠得著”
李加洪回憶，早在2009年，根據(jù)863計劃地球觀測與導(dǎo)航領(lǐng)域辦公室的部署，國家遙感中心就在思考“十二五”的布局，對包括日本GOSAT衛(wèi)星發(fā)射和美國發(fā)射失敗的OCO-1等都非常關(guān)注，并專門咨詢童慶禧院士：“中國該不該搞自己的碳衛(wèi)星？”得到的是堅定的肯定回答：“從戰(zhàn)略層面必須做。”
“863地球觀測與導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)＜医M在前期領(lǐng)域戰(zhàn)略研究工作的基礎(chǔ)上，考慮‘十二五’部署哪些項目時，大家對發(fā)射碳衛(wèi)星這件事已達(dá)成共識，問題是我們能否做得了和怎么做。”盧乃錳回憶。
碳監(jiān)測衛(wèi)星是我國的空白，對于我國科研人員來說是一種全新的挑戰(zhàn)，只能摸著石頭過河。“我們剛開始也是兩眼一抹黑。這類衛(wèi)星對于光學(xué)儀器的要求非常高，我們在元器件等各方面是否能滿足需求？”盧乃錳說，沒有人敢打包票，“在走訪了全國十多個相關(guān)單位后，大家心里有點底了。”
中國碳衛(wèi)星還加載了真正意義上的云與氣溶膠監(jiān)測儀。李加洪解釋：“利用它能排除云和空氣中氣溶膠的影響，也就是解決對二氧化碳監(jiān)測的‘噪音’干擾問題。”
具體到指標(biāo)設(shè)計，盧乃錳說，“我們在反復(fù)權(quán)衡功能、精度和工藝水平后，確定了合適的配置方案”。最終，在“跳起腳能夠得著”的宗旨下，中國的碳衛(wèi)星不僅實現(xiàn)了各項設(shè)計指標(biāo)，還極大地帶動了我國多項相關(guān)技術(shù)的突破。
“863計劃+航天工程”管理的完美聯(lián)姻
“碳衛(wèi)星由863計劃立項，前期主要按照863項目管理，但后期工程主要以航天工程模式進(jìn)行管理。”參與863計劃全過程管理的李加洪介紹，中科院負(fù)責(zé)碳衛(wèi)星工程的組織實施，中國氣象局負(fù)責(zé)地面應(yīng)用系統(tǒng)。該工程按照航天工程管理模式，專門成立了衛(wèi)星工程總師和總指揮兩總管理體系，通過工程“兩總”體系，使得863項目管理和航天工程管理之間得到了有機(jī)結(jié)合，實際也實現(xiàn)了國家科技計劃中工程性項目的管理創(chuàng)新。
“該項目立項還緊密結(jié)合相關(guān)部門的需求，如它與中國科學(xué)院先導(dǎo)專項的碳專項緊密結(jié)合，也與中科院一直推動系列科學(xué)實驗衛(wèi)星計劃不謀而合。”李加洪說。
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