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有一臺相機，它能從距離地面約700公里外的太空，以每秒7公里的速度掃過寬幅達60公里的地面，一“眼”獲取的數(shù)據(jù)相當(dāng)于330臺傳統(tǒng)相機、2000臺傳統(tǒng)光譜儀；

無論是高山、森林，還是沙漠、荒原，它能精準識別出40多種埋藏于地下幾百上千米的礦藏，正確率超過90%；

它的甲烷排放探測能力，在與世界同類設(shè)備“同臺競技”中，以精度高出其他設(shè)備1個量級以上勝出，被國際同行認為是“天基甲烷探測的極限”。

它就是出自中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所的“星載寬譜寬幅可見短波紅外高光譜相機”。

5月23日上午，由中央網(wǎng)信辦網(wǎng)絡(luò)傳播局指導(dǎo)，上海市委網(wǎng)信辦、上海市科技工作黨委聯(lián)合主辦的“策源之力”媒體行走進中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，詳細了解該所劉銀年研究員帶領(lǐng)團隊如何從基礎(chǔ)研究起步，苦苦探索約20年，使相機最終變成衛(wèi)星上的“慧眼”。

自2018年5月隨我國發(fā)射的世界首顆陸地大氣綜合觀測高分五號高光譜觀測衛(wèi)星升空以來，我國已實現(xiàn)裝載有4臺寬譜寬幅高光譜相機的4顆高光譜衛(wèi)星在軌組網(wǎng)觀測，每天持續(xù)、穩(wěn)定地提供數(shù)千景高光譜數(shù)據(jù)，在我國自然資源探測、甲烷排放監(jiān)測等領(lǐng)域立下汗馬功勞，改變了我國過去“一圖難求”的局面。

起步落后國外十年，如今被公認國際頂尖

這項生根于上海、發(fā)展于上海、成就于上海的先進技術(shù)，20年前起步時就是為了打破國外的技術(shù)壟斷。

2000年11月，美國發(fā)射了世界首顆對地遙感高光譜衛(wèi)星，可以對地球表面任意區(qū)域進行成像。這顆衛(wèi)星深深觸動了中國遙感人的心。在經(jīng)過數(shù)年研究后，我國提出自主技術(shù)指標(biāo)。

我國把新一代星載高光譜成像技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)定為“兩寬五高”，即寬譜（覆蓋從可見光到紅外光）、寬幅（幾十公里）；高光譜、高空間、高輻射分辨率、高靈敏、高精準測量。

這套指標(biāo)大幅高于國外同期設(shè)備，但我國星載高光譜成像技術(shù)起步比國外落后十年，因此挑戰(zhàn)無比巨大。彼時，30歲剛出頭的劉銀年帶著團隊挑起了這副重擔(dān)。

就像人的眼睛很難同時看全景和細節(jié)，傳統(tǒng)技術(shù)路線顯然無法達到預(yù)設(shè)的技術(shù)目標(biāo)。從查找文獻開始，科研團隊開始了艱難的探索。

這是一項全鏈條創(chuàng)新的艱難之舉。“在突破了原理之后，將想法變成樣機，再到最后能夠上天的成品，其中遭遇的困難曲折真是無窮無盡?！眲y年說，一個小小的擰螺絲技術(shù)工藝過程的摸索，就耗費了團隊光機人員近一年多的時間。

像面倍增視場分離組件是相機中的關(guān)鍵部件，在其重要理論模型突破之后，在后續(xù)研制中，組件內(nèi)各部件“擰螺絲”都變成了比尋找理論方法更難的事情。

為了保證多個纖細部件的納米級光學(xué)面型精度，并經(jīng)受或消除衛(wèi)星發(fā)射和運行過程中各種力熱帶來的“扭曲”，組件上40多個螺絲一方面需要做到“精打細算” 地將多個部位連成一體，一方面又要通過反復(fù)驗證迭代，使其盡可能達到“自然近無應(yīng)力”狀態(tài)。

由于技術(shù)涉及面廣尚未得到在軌公開運行，在載荷2018年升空之前，團隊基本上無法有更多時間去琢磨發(fā)表論文的事情，隱姓埋名做著驚天動地的事。十多年來，整個研究形成了5000多份技術(shù)報告和四萬多份圖紙——全部排開，長達數(shù)十米。

最終，他們找到了新方法，成功在超過人眼5倍多的寬光譜范圍內(nèi)，實現(xiàn)了兼顧幾百個納米級光譜通道的高靈敏響應(yīng)——公開資料顯示，美國至今未能實現(xiàn)這一突破。

2018年5月，當(dāng)這臺高光譜相機隨高分五號衛(wèi)星升空投入運行后，被國際上該領(lǐng)域排名首位的期刊主編、美國航空航天局“SNOOPI”計劃負責(zé)人評價為“頂尖儀器”“性能卓越”。

“慧眼”看世界，為生產(chǎn)力打開“新視界”

在首臺高光譜相機上天后，團隊又不斷進行技術(shù)改進，后續(xù)又有四臺相機搭載到資源系列和高五系列衛(wèi)星上，在天上實現(xiàn)在軌組網(wǎng)觀測。目前，它們每過7天左右，就能完成一次對我國全境的掃描。

四臺高光譜相機留在地面的樣機

礦產(chǎn)資源調(diào)查是高光譜相機的重大使命之一。過去我國地質(zhì)勘察所依賴的國外多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，只能對巖石類型進行區(qū)分，而高分五號高光譜相機的譜段數(shù)由國外衛(wèi)星的區(qū)區(qū)幾個提升到了330個。

利用這些數(shù)據(jù)，我國地質(zhì)工作人員已在我國西部地區(qū)開展了蝕變礦物種類和成分信息的提取工作——礦物相關(guān)識別結(jié)果由10余種提高到40余種，經(jīng)實地驗證正確率超過90%，對地球的認知從宏觀物質(zhì)提高到了微觀元素。

碳盤點是我國實現(xiàn)“碳達峰”和國際上氣候變化根源監(jiān)測的重點，掌握碳排放點源的位置和排放量是其核心，其中甲烷排放更是重中之重。以往國際上沒有權(quán)威的衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)，各國眾說紛紜、莫衷一是。

利用高分五號高光譜相機數(shù)據(jù)，國際上多家科研團隊聯(lián)合在美國二疊紀盆地開展甲烷排放監(jiān)測研究工作，探測精度達到63ppb（十億分之一），比國外最新高光譜相機高出一倍，中國的這臺相機也被劍橋大學(xué)知名學(xué)者評價為“下一代甲烷監(jiān)測的代表性儀器”。

這標(biāo)志著我國掌握了完全自主衛(wèi)星數(shù)據(jù)、自主應(yīng)用反演方法的星載甲烷排放監(jiān)測手段，也成為我國在氣候博弈中掌握主動權(quán)話語權(quán)的關(guān)鍵破局點。

衛(wèi)星上天，技術(shù)落地?！案吖庾V相機所攻克的難關(guān)、占領(lǐng)的技術(shù)制高點，為帶動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打開了空間?！眲y年透露，目前他們已在長三角著手建立產(chǎn)業(yè)化基地，與有技術(shù)需求的企業(yè)進行深度對接。

此外，研究團隊近期還與上海航天有關(guān)單位攜手，面向上海最新發(fā)布的“商業(yè)航天行動計劃”，承接國際商業(yè)項目，“我們可以用遙感大數(shù)據(jù)賦能星網(wǎng)，將由此產(chǎn)生的新手段、新應(yīng)用深入到各行各業(yè)?！?