2022年4月16日，大氣環境監測衛星隨長征四號丙運載火箭發射升空。衛星搭載五個被動探測載荷，并在國際上首次搭載大氣探測激光雷達這一主動探測載荷，可實現對二氧化碳的全天時、高精度探測，將為我國“碳達峰、碳中和”戰略發展提供重要數據支撐。
衛星搭載的遙感儀器，各自發揮了何種獨特作用？控制系統又如何實時“應變”？
“相當于五個乘客拼了個‘太空專車’，他們每個人手持各種測量儀器，對大氣細顆粒物、溫室氣體、氣態污染物、云和氣溶膠等大氣環境以及水環境等生態環境要素進行連續、動態的綜合監測。”中國航天科技集團八院控制所衛星姿軌控分系統副總設計師張艷召說，“特別是大氣探測激光雷達這位‘貴客’，對專車司機的駕駛技術提出了很高的要求。”
據張艷召介紹，大氣探測激光雷達在工作時，實時對地發射不同波段的激光，并接收激光的回波信號，通過對接收到的回波信號，反演全球大氣中的二氧化碳柱濃度信息以及云和氣溶膠的垂直分布信息。“我們都知道波遇到運動的物體會產生多普勒頻移，地球的自轉也會讓激光回波信號產生多普勒頻移，不同位置的自轉速度不同，頻移量也不一樣，想要在反演的時候準確補償這一因素的影響，就需要激光雷達對于射出‘子彈’的落點一清二楚，這就是指向測量精度。”
針對大氣環境監測衛星的這一特點，衛星姿軌控分系統采用了三軸零動量的“駕駛”技術，并且“司機”在太空踩下第一腳油門之前，首先會對“乘客們”的初始狀態進行重新確認，也就是進行在軌絕對定標。張艷召解釋，在太空環境中，由于結構應力釋放等原因，在地面上通過機械結構固連在一起的載荷與星敏感器等姿態測量儀器的相對位置關系會發生細微的變化，這會導致測量鏈路產生初始誤差。姿軌控分系統設定了激光測距定標及地面靶標絕對定標兩種定標工作模式，將全鏈路誤差修正到最低，從而保證能夠得到激光雷達的絕對姿態指向信息。
激光雷達不分白天黑夜全天時工作，可謂是一個兢兢業業的“勞模”。除了敬業之外，它還是一個十足的“強迫癥”，時刻不忘擺正自己的姿態，以保證極高的指向測量精度，為此，國內首次創新應用了無控制點激光光軸自標定技術。這一“神技”順利施展的前提是要有一把能夠實時提供絕對姿態信息的“標尺”，也就是“司機”的“眼睛”——星敏感器。激光雷達自身發射的光源分束后經星敏感器支架上的棱鏡反射，建立起激光雷達與星敏感器的在軌標校系統，這樣激光雷達就可以借助星敏感器這雙“慧眼”實時明確自己“身在何方”。
“為提供高精度在軌三軸慣性測量精度，姿軌控分系統采用了高精度多頭星敏感器。”中國航天科技集團八院控制所衛星姿軌控分系統副主任設計師孫尚說，“這好比用‘三只眼睛’同時定位，利用一個‘大腦’融合處理出更高精度的姿態測量數據。”
（本報北京4月17日電 本報記者 張亞雄 張 蕾 本報通訊員 陳葆娟）
