生產力新躍遷·策源之力｜“太空中的照相機”是怎麼煉成的？

想象把一台相機放在太空，不僅能給地球拍照，還能直接精細監測地球水質、識別礦物種類、監管甲烷排放。在一個巨大的尺度上進行如此“細微”的成像，實屬不可思議。如今，這樣的相機搭載在中國的4顆衞星上，而這項技術，源於中國科學院上海技術物理研究所劉銀年團隊近20年的沉澱和探索。

上海技物所學術委員會副主任、研究員劉銀年説，那是一雙“慧眼”。

新結構光譜儀裝調現場 本文圖均為 受訪者 供圖

5月23日上午，由上海市委網信辦、上海市科技工作黨委聯合主辦的“策源之力”媒體行走進中國科學院上海技術物理研究所。一項如今大幅領先國際的技術，一段攻克技術難關的歷史，被清晰地展現在大家面前。

2000年起，劉銀年團隊便開始了星載高光譜成像技術的研究工作。隨着技術的發展，國際上形成共識，把“兩寬（寬譜、寬幅）五高（高光譜、高空間、高輻射分辨率，高靈敏、高精準測量）”作為定量遙感的新一代星載高光譜成像技術發展目標。然而當時國際上沒有成熟的“兩寬五高”技術路徑可借鑑，需要另闢蹊徑。

2008年，在國家“863計劃”支持下，“兩寬五高”高光譜成像技術的研究工作打破了過去模仿跟蹤國外的模式，提出了中國自主的指標體系。相較歐美同時期發展的技術更具有挑戰性，幅寬大1倍，譜段數多出近百個，信噪比最高。

實現“兩寬五高”的光學系統需要小F數大像面，但傳統望遠鏡F數越小、像面越大，畸變和遠心度就會越差。此外，傳統的紅外探測器在超過人眼5倍多的寬光譜範圍內，難以兼顧幾百個納米級光譜通道的高靈敏響應……當時中國技術的起步落後國外10年，而技術指標又大幅高於國外同期發展的星載高光譜相機，難題數不勝數。劉銀年形容那時是“明知山有虎，偏向虎山行”。

上海技物所自主研製的短波紅外焦平面探測器核心部件

經過近十載的探索，項目團隊最終創建出一整套完全自主知識產權的高光譜成像關鍵新方法、新結構、新部件。而下一步讓這“慧眼”成為萬無一失的航天產品，又是五千多份技術報告和四萬多份圖紙鋪就了道路。

直到2018年5月9日，中國成功發射世界首顆陸地大氣綜合觀測高分五號高光譜觀測衞星，率先突破“兩寬五高”星載高光譜成像，標誌着空間光譜遙感邁入高定量化應用時代，開創了星載高光譜技術的新紀元。

如今，中國已有高五、資源系列4顆衞星裝載了星載寬譜寬幅高光譜相機，在軌組網觀測，持續、穩定地向自然資源部、生態環境部等部委用户提供每天數千景的高光譜數據，一舉擺脱了過去“一圖難求”“有圖難用”的窘境。“現在想拍哪就拍哪，有那種‘變得富有了’的幸福感。”劉銀年説。

在生態環境監測領域，這台高光譜相機60公里的幅寬，能夠一次全覆蓋太湖等大型水體，實現逐點無縫連續監測。在應對氣候變化監測領域，它是中國唯一能夠從衞星上精準地監測到微弱甲烷排放源的手段，為甲烷排放監管提供了一種全新的高效業務手段，監測偏差也優於國際最新星載高光譜相機一個量級以上。在地質調查領域，2021年首次完成了全國陸域10餘種礦物成分及丰度信息的提取和填繪，礦物種類識別精度90%以上，清晰地展現了全國30m網格尺度下的分佈規律、展布特徵和共生組合關係。在新一輪找礦當中，發揮非常重要的指示性作用。

水質監測

甲烷排放監測

全國陸域礦物填圖

這雙“慧眼”完全突破了人眼的觀測極限，而如今中國具備了自主研發的能力，從落地來看，核心部件對企業的支撐價值已經開始體現。

未來，劉銀年相信遙感會是商業航天發展很重要的方面。他認為，從長遠來講，在大數據驅動下，遙感會很好賦能星網。遙感數據深入到方方面面，會改變各個行業的管理方式、作業方式，尤其是勘察和監測的手段。