生產力新躍遷·策源之力 | 從打破壟斷到國際頂尖，這隻上海“慧眼”即將破圈商業航天

有一台相機，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”獲取的數據相當於330台傳統相機、2000台傳統光譜儀；

無論是高山、森林，還是沙漠、荒原，它能精準識別出40多種埋藏於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，在與世界同類設備“同台競技”中，以精度高出其他設備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院上海技術物理研究所的“星載寬譜寬幅可見短波紅外高光譜相機”。

5月23日上午，由中央網信辦網絡傳播局指導，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，詳細瞭解該所劉銀年研究員帶領團隊如何從基礎研究起步，苦苦探索約20年，使相機最終變成衞星上的“慧眼”。

自2018年5月隨我國發射的世界首顆陸地大氣綜合觀測高分五號高光譜觀測衞星升空以來，我國已實現裝載有4台寬譜寬幅高光譜相機的4顆高光譜衞星在軌組網觀測，每天持續、穩定地提供數千景高光譜數據，在我國自然資源探測、甲烷排放監測等領域立下汗馬功勞，改變了我國過去“一圖難求”的局面。

起步落後國外十年，如今被公認國際頂尖

這項生根於上海、發展於上海、成就於上海的先進技術，20年前起步時就是為了打破國外的技術壟斷。

2000年11月，美國發射了世界首顆對地遙感高光譜衞星，可以對地球表面任意區域進行成像。這顆衞星深深觸動了中國遙感人的心。在經過數年研究後，我國提出自主技術指標。

我國把新一代星載高光譜成像技術的發展目標定為“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。

這套指標大幅高於國外同期設備，但我國星載高光譜成像技術起步比國外落後十年，因此挑戰無比巨大。彼時，30歲剛出頭的劉銀年帶着團隊挑起了這副重擔。

就像人的眼睛很難同時看全景和細節，傳統技術路線顯然無法達到預設的技術目標。從查找文獻開始，科研團隊開始了艱難的探索。

這是一項全鏈條創新的艱難之舉。“在突破了原理之後，將想法變成樣機，再到最後能夠上天的成品，其中遭遇的困難曲折真是無窮無盡。”劉銀年説，一個小小的擰螺絲技術工藝過程的摸索，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鍵部件，在其重要理論模型突破之後，在後續研製中，組件內各部件“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面型精度，並經受或消除衞星發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，一方面又要通過反覆驗證迭代，使其儘可能達到“自然近無應力”狀態。

由於技術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表論文的事情，隱姓埋名做着驚天動地的事。十多年來，整個研究形成了5000多份技術報告和四萬多份圖紙——全部排開，長達數十米。

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

2018年5月，當這台高光譜相機隨高分五號衞星升空投入運行後，被國際上該領域排名首位的期刊主編、美國航空航天局“SNOOPI”計劃負責人評價為“頂尖儀器”“性能卓越”。

“慧眼”看世界，為生產力打開“新視界”

在首台高光譜相機上天后，團隊又不斷進行技術改進，後續又有四台相機搭載到資源系列和高五系列衞星上，在天上實現在軌組網觀測。目前，它們每過7天左右，就能完成一次對我國全境的掃描。

四台高光譜相機留在地面的樣機

礦產資源調查是高光譜相機的重大使命之一。過去我國地質勘察所依賴的國外多光譜衞星數據，只能對岩石類型進行區分，而高分五號高光譜相機的譜段數由國外衞星的區區幾個提升到了330個。

利用這些數據，我國地質工作人員已在我國西部地區開展了蝕變礦物種類和成分信息的提取工作——礦物相關識別結果由10餘種提高到40餘種，經實地驗證正確率超過90%，對地球的認知從宏觀物質提高到了微觀元素。

碳盤點是我國實現“碳達峯”和國際上氣候變化根源監測的重點，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。以往國際上沒有權威的衞星監測數據，各國眾説紛紜、莫衷一是。

利用高分五號高光譜相機數據，國際上多家科研團隊聯合在美國二疊紀盆地開展甲烷排放監測研究工作，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，中國的這台相機也被劍橋大學知名學者評價為“下一代甲烷監測的代表性儀器”。

這標誌着我國掌握了完全自主衞星數據、自主應用反演方法的星載甲烷排放監測手段，也成為我國在氣候博弈中掌握主動權話語權的關鍵破局點。

衞星上天，技術落地。“高光譜相機所攻克的難關、佔領的技術制高點，為帶動我國相關產業發展，打開了空間。”劉銀年透露，目前他們已在長三角着手建立產業化基地，與有技術需求的企業進行深度對接。

此外，研究團隊近期還與上海航天有關單位攜手，面向上海最新發布的“商業航天行動計劃”，承接國際商業項目，“我們可以用遙感大數據賦能星網，將由此產生的新手段、新應用深入到各行各業。”