[科普中国]-温室气体观测卫星

2009年1月23日,日本用一枚H-2A火箭,以“一箭八星”的方式发射了世界首颗专门从太空监测温室气体浓度分布的卫星呼吸号[IBUKI,又名为“温室气体观测卫星”(GOSAT)]。该卫星将在今后5年中从太空搜集全球二氧化碳和甲烷浓度分布信息,为制定减排政策提供依据,还能帮助科研人员进一步了解生态系统究竟能吸收和释放多少二氧化碳。日本希望这次发射既能推动环保事业,又能凸显其火箭的竞争力,进而吸引更多商业订单。整个计划花费约3.728亿美元。1

由日本宇宙航空研究开发机构和环境省共同开发的呼吸号卫星,耗资183亿日元。卫星长2m,宽1.8m,高3.7m,发射质量约1.75t。它运行在近地点高约667km、远地点高约683km的太阳同步准回归轨道上,绕地球一周约需100min,有望在监视全球环境变化方面发挥重要作用。

GOSAT卫星平台由总线系统和观测传感器组成，总线系统包括多数的卫星支持子系统，用于完成对观测传感器的操作控制，主要包括通讯子系统、电力供应系统、姿态控制系统、数据处理和记录系统。

观测传感器是GOSAT卫星的核心部分，主要包括：傅立叶变换光谱仪（FTS）、云和气溶胶成像仪（CAI），FTS用于温室气体探测，CAI用于同步收集云和气溶胶信息。

为降低卫星运行中的风险，GOSAT卫星最大限度地选用经飞行验证技术成熟的部件，除太阳能电池板采用双翼结构及对观测传感器增加冗余设计外，对电源总线、数据传输天线、姿态控制系统也均采用双重或多重冗余备份设计，以确保卫星在主系统出现问题的情况下，仍然可以使用冗余系统，继续执行观测任务。

呼吸号设计寿命为5年,载有高精度的温室气体监测遥感器,其监测通道多达1. 85万个。星上装载了2台光学遥感器,其中1台用于观测太阳辐射并经地表反射的红外线,以及地表和大气自身放射的红外线。由于红外线穿过二氧化碳和甲烷时,其特定的波长会被吸收,所以能据此推算出大气中这2种气体的浓度;另1台用于观测导致测定出现误差的云层和气溶胶,以提高温室气体观测精度。2

该卫星每3天就可以收集到全球约5.6万个观测点的最新数据,监测面涉及包括公海在内的地球表面的各个角落。预计在发射9个月后发布初步数据,美国航空航天局等机构可以分享这些数据。工业革命以来,人类活动造成全球温室气体排放量持续增加。要想真正有效地实施防止全球气候变暖的各种措施,首先就要掌握气候变暖的准确情况,这就需要测定世界各地区温室气体的浓度及其升降变化。目前,用于监测二氧化碳浓度分布的地面观测点数量有限,且分布不均匀。呼吸号卫星投入工作后,科研人员就能把来自太空的全球监测数据与地面数据和模型结合,从而精确监测二氧化碳浓度分布。截至2008年10月,全世界范围内只有282个温室气体地面观测点,并且大多位于美国、欧洲等地。

在这次发射中还搭载了7颗小型卫星,创下日产火箭一次搭载卫星数量最多纪录。在这批小型卫星中1颗为宇宙航空研究开发机构研发的技术演示卫星,其余卫星由日本大学或私人企业研发,它们将测量γ射线和监视闪电等。宇宙航空研究开发机构没有收取这7颗卫星的发射费用,但正在考虑在今后进行类似发射时收费。

GOSAT卫星发射成功后，地面系统的作用主要包括制定观测计划、控制卫星轨道、操作卫星平台及数据处理。GOSAT卫星每天与地面站的数据传输次数为9次，每个地面跟踪站可以追踪到卫星的时间为10min，此时，称为卫星可见状态。在此状态下，GOSAT向地面系统发送包括总线系统、传感器状态参数及传感器观测数据在内的遥测数据，并接收地面运行与观测指令。