溫室氣體增加會直接導致全球氣候變化，對各國經濟及人類生活造成巨大影響。甲烷作為地球的第二大溫室氣體，在全球變暖過程中導致的增溫強度遠高于二氧化碳。
近日，記者從陜西西咸新區空港新城了解到，區內企業西安中科西光航天科技有限公司（以下簡稱“中科西光”）成功研制出國內首顆F-P體制點源甲烷監測衛星——XIGUANG-004衛星，填補了國內商業化雙碳監測衛星的空白。
搭載多種先進設備
“這顆衛星搭載了甲烷濃度探測儀、葉綠素熒光探測儀及多光譜成像相機，可用于監測甲烷泄漏位置、評估甲烷泄漏量，判斷碳產生源及評估地區級碳中和能力。”中科西光數據應用副總監秦小寶介紹，整顆衛星重75千克，是國內首顆完全對標GHGsat衛星的高空間分辨率點源甲烷監測衛星。
現有載荷技術均面向大衛星平臺，實現大幅寬下的低空間分辨率監測，但無法對小型人為排放源進行高效率、高精度的監測，難以實現點源探測。“因此，我們需要開展高精度、高空間分辨的衛星遙感碳監測技術研究。”秦小寶說。
XIGUANG-004衛星基于超精細光譜探測技術，空間分辨率較高、體積及重量較小，符合溫室氣體探測技術的主要發展趨勢。該衛星搭載的甲烷濃度探測儀基于法布里-珀羅（F-P）干涉成像技術，可實現0.1納米的光譜分辨率、25米空間分辨率，具備甲烷柱濃度定量探測、點源甲烷排放高空間分辨率監測等功能；葉綠素熒光探測儀的光譜分辨率高達0.5納米，可有效探測植物葉綠素進行光合作用時產生的微弱熒光光譜變化信息，實現對植物生產總量的評估；多光譜成像相機地面分辨率為10米，主要用于采集地物影像。
“它還具備覆蓋范圍大、速度快、周期穩定等優點。”秦小寶介紹，該衛星將于年內擇期在酒泉衛星發射中心發射。
目前，大量的甲烷氣體點源，主要通過煤礦開采、垃圾填埋、水稻耕作、飼養牲畜等活動產生。“這顆監測衛星就像天空之眼一樣。借助它，我們能夠實現全球范圍內點源甲烷的排放監測與追蹤。”秦小寶說，該衛星可為環境監測、能源等多個領域提供數據支持和決策參考，助力我國加快形成甲烷排放監管體系，推進減污降碳協同增效，為實現碳中和目標貢獻力量。
反演推導甲烷濃度信息
搭載了眾多監測設備，這顆衛星具體是怎么工作的？
為了獲取整個場景的完整光譜，衛星在飛過目標地點時，會捕捉多達200張重疊圖像，利用所有相關波長對每個特征進行測量。這意味著衛星要在軌道上不斷調整方位，使得獲取圖像的時間最大化。
這種從光譜測量中獲得氣體濃度信息的計算過程被稱為反演。反演的第一步是在發射前正確描述甲烷載荷的特性；第二步是匹配圖像，例如衛星觀察到一個泄漏甲烷的氣井，可以通過圖像順序跟蹤完整光譜場景中的所有地面位置，為觀察者提供200多個讀數。
秦小寶解釋：“如果我們盯著地球上的同一個地方看，當這個地方在相機畫面里從中心移到邊緣時，它的波長會慢慢變短。當一個地方甲烷的濃度突然變高，這個地方發出的紅外信號就會有一個小小的、但是可以預測的變化。基于此，我們開發出一種物理模型，該模型可根據波長信號判斷甲烷濃度。這樣我們就可以把實際觀測到的波長信號和模型中的參數做比較，以確定實際的甲烷濃度數值。而根據該模型確定甲烷濃度非常精準，可用‘百萬分比例’來表示。”
作為西北地區唯一全產業鏈布局的商業航天企業，中科西光始終致力于推動航天技術的創新與應用。此次研發團隊用時兩年研制出XIGUANG-004衛星。憑借研制該衛星的經驗，團隊未來有望在“雙碳”監測領域取得更多突破，為國家可持續發展重大戰略決策和全球氣候變化研究提供更為精準的數據支持。
2022年7月，作為秦創原臨空產業聚集區和開放合作示范區的陜西西咸新區空港新城與中科西光正式簽約。西咸新區空港新城黨委委員、管委會副主任王新說，雙方計劃打造國內首個基于高光譜技術的衛星大數據應用中心，以及國際領先、國內一流的衛星總裝基地、商業航天創新基地與科技人才培養基地。
秦小寶介紹，預計至2025年，項目將形成30顆衛星的在軌規模、年產10顆衛星的生產能力；至2030年，將建成由108顆衛星組成的國內最大高光譜星座系統。
溫室氣體增加會直接導致全球氣候變化，對各國經濟及人類生活造成巨大影響。甲烷作為地球的第二大溫室氣體，在全球變暖過程中導致的增溫強度遠高于二氧化碳。
近日，記者從陜西西咸新區空港新城了解到，區內企業西安中科西光航天科技有限公司（以下簡稱“中科西光”）成功研制出國內首顆F-P體制點源甲烷監測衛星——XIGUANG-004衛星，填補了國內商業化雙碳監測衛星的空白。
搭載多種先進設備
“這顆衛星搭載了甲烷濃度探測儀、葉綠素熒光探測儀及多光譜成像相機，可用于監測甲烷泄漏位置、評估甲烷泄漏量，判斷碳產生源及評估地區級碳中和能力。”中科西光數據應用副總監秦小寶介紹，整顆衛星重75千克，是國內首顆完全對標GHGsat衛星的高空間分辨率點源甲烷監測衛星。
現有載荷技術均面向大衛星平臺，實現大幅寬下的低空間分辨率監測，但無法對小型人為排放源進行高效率、高精度的監測，難以實現點源探測。“因此，我們需要開展高精度、高空間分辨的衛星遙感碳監測技術研究。”秦小寶說。
XIGUANG-004衛星基于超精細光譜探測技術，空間分辨率較高、體積及重量較小，符合溫室氣體探測技術的主要發展趨勢。該衛星搭載的甲烷濃度探測儀基于法布里-珀羅（F-P）干涉成像技術，可實現0.1納米的光譜分辨率、25米空間分辨率，具備甲烷柱濃度定量探測、點源甲烷排放高空間分辨率監測等功能；葉綠素熒光探測儀的光譜分辨率高達0.5納米，可有效探測植物葉綠素進行光合作用時產生的微弱熒光光譜變化信息，實現對植物生產總量的評估；多光譜成像相機地面分辨率為10米，主要用于采集地物影像。
“它還具備覆蓋范圍大、速度快、周期穩定等優點。”秦小寶介紹，該衛星將于年內擇期在酒泉衛星發射中心發射。
目前，大量的甲烷氣體點源，主要通過煤礦開采、垃圾填埋、水稻耕作、飼養牲畜等活動產生。“這顆監測衛星就像天空之眼一樣。借助它，我們能夠實現全球范圍內點源甲烷的排放監測與追蹤。”秦小寶說，該衛星可為環境監測、能源等多個領域提供數據支持和決策參考，助力我國加快形成甲烷排放監管體系，推進減污降碳協同增效，為實現碳中和目標貢獻力量。
反演推導甲烷濃度信息
搭載了眾多監測設備，這顆衛星具體是怎么工作的？
為了獲取整個場景的完整光譜，衛星在飛過目標地點時，會捕捉多達200張重疊圖像，利用所有相關波長對每個特征進行測量。這意味著衛星要在軌道上不斷調整方位，使得獲取圖像的時間最大化。
這種從光譜測量中獲得氣體濃度信息的計算過程被稱為反演。反演的第一步是在發射前正確描述甲烷載荷的特性；第二步是匹配圖像，例如衛星觀察到一個泄漏甲烷的氣井，可以通過圖像順序跟蹤完整光譜場景中的所有地面位置，為觀察者提供200多個讀數。
秦小寶解釋：“如果我們盯著地球上的同一個地方看，當這個地方在相機畫面里從中心移到邊緣時，它的波長會慢慢變短。當一個地方甲烷的濃度突然變高，這個地方發出的紅外信號就會有一個小小的、但是可以預測的變化。基于此，我們開發出一種物理模型，該模型可根據波長信號判斷甲烷濃度。這樣我們就可以把實際觀測到的波長信號和模型中的參數做比較，以確定實際的甲烷濃度數值。而根據該模型確定甲烷濃度非常精準，可用‘百萬分比例’來表示。”
作為西北地區唯一全產業鏈布局的商業航天企業，中科西光始終致力于推動航天技術的創新與應用。此次研發團隊用時兩年研制出XIGUANG-004衛星。憑借研制該衛星的經驗，團隊未來有望在“雙碳”監測領域取得更多突破，為國家可持續發展重大戰略決策和全球氣候變化研究提供更為精準的數據支持。
2022年7月，作為秦創原臨空產業聚集區和開放合作示范區的陜西西咸新區空港新城與中科西光正式簽約。西咸新區空港新城黨委委員、管委會副主任王新說，雙方計劃打造國內首個基于高光譜技術的衛星大數據應用中心，以及國際領先、國內一流的衛星總裝基地、商業航天創新基地與科技人才培養基地。
秦小寶介紹，預計至2025年，項目將形成30顆衛星的在軌規模、年產10顆衛星的生產能力；至2030年，將建成由108顆衛星組成的國內最大高光譜星座系統。
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