生产力新跃迁·策源之力｜“太空中的照相机”是怎么炼成的？

摘要： 想象把一台相机放在太空，不仅能给地球拍照，还能直接精细监测地球水质、识别矿物种类、监管甲烷排放。在一个巨大的尺度上进行如...

想象把一台相机放在太空，不仅能给地球拍照，还能直接精细监测地球水质、识别矿物种类、监管甲烷排放。在一个巨大的尺度上进行如此“细微”的成像，实属不可思议。如今，这样的相机搭载在中国的4颗卫星上，而这项技术，源于中国科学院上海技术物理研究所刘银年团队近20年的沉淀和探索。

上海技物所学术委员会副主任、研究员刘银年说，那是一双“慧眼”。

新结构光谱仪装调现场本文图均为 受访者 供图

5月23日上午，由上海市委网信办、上海市科技工作党委联合主办的“策源之力”媒体行走进中国科学院上海技术物理研究所。一项如今大幅领先国际的技术，一段攻克技术难关的历史，被清晰地展现在大家面前。

2000年起，刘银年团队便开始了星载高光谱成像技术的研究工作。随着技术的发展，国际上形成共识，把“两宽（宽谱、宽幅）五高（高光谱、高空间、高辐射分辨率，高灵敏、高精准测量）”作为定量遥感的新一代星载高光谱成像技术发展目标。然而当时国际上没有成熟的“两宽五高”技术路径可借鉴，需要另辟蹊径。

2008年，在国家“863计划”支持下，“两宽五高”高光谱成像技术的研究工作打破了过去模仿跟踪国外的模式，提出了中国自主的指标体系。相较欧美同时期发展的技术更具有挑战性，幅宽大1倍，谱段数多出近百个，信噪比最高。

实现“两宽五高”的光学系统需要小F数大像面，但传统望远镜F数越小、像面越大，畸变和远心度就会越差。此外，传统的红外探测器在超过人眼5倍多的宽光谱范围内，难以兼顾几百个纳米级光谱通道的高灵敏响应……当时中国技术的起步落后国外10年，而技术指标又大幅高于国外同期发展的星载高光谱相机，难题数不胜数。刘银年形容那时是“明知山有虎，偏向虎山行”。

上海技物所自主研制的短波红外焦平面探测器核心部件

经过近十载的探索，项目团队最终创建出一整套完全自主知识产权的高光谱成像关键新方法、新结构、新部件。而下一步让这“慧眼”成为万无一失的航天产品，又是五千多份技术报告和四万多份图纸铺就了道路。

直到2018年5月9日，中国成功发射世界首颗陆地大气综合观测高分五号高光谱观测卫星，率先突破“两宽五高”星载高光谱成像，标志着空间光谱遥感迈入高定量化应用时代，开创了星载高光谱技术的新纪元。

如今，中国已有高五、资源系列4颗卫星装载了星载宽谱宽幅高光谱相机，在轨组网观测，持续、稳定地向自然资源部、生态环境部等部委用户提供每天数千景的高光谱数据，一举摆脱了过去“一图难求”“有图难用”的窘境。“现在想拍哪就拍哪，有那种‘变得富有了’的幸福感。”刘银年说。

在生态环境监测领域，这台高光谱相机60公里的幅宽，能够一次全覆盖太湖等大型水体，实现逐点无缝连续监测。在应对气候变化监测领域，它是中国唯一能够从卫星上精准地监测到微弱甲烷排放源的手段，为甲烷排放监管提供了一种全新的高效业务手段，监测偏差也优于国际最新星载高光谱相机一个量级以上。在地质调查领域，2021年首次完成了全国陆域10余种矿物成分及丰度信息的提取和填绘，矿物种类识别精度90%以上，清晰地展现了全国30m网格尺度下的分布规律、展布特征和共生组合关系。在新一轮找矿当中，发挥非常重要的指示性作用。

水质监测

甲烷排放监测

全国陆域矿物填图

这双“慧眼”完全突破了人眼的观测极限，而如今中国具备了自主研发的能力，从落地来看，核心部件对企业的支撑价值已经开始体现。

未来，刘银年相信遥感会是商业航天发展很重要的方面。他认为，从长远来讲，在大数据驱动下，遥感会很好赋能星网。遥感数据深入到方方面面，会改变各个行业的管理方式、作业方式，尤其是勘察和监测的手段。