大年初三過后，中國科學院上海技術物理研究所的實驗室里，人氣就和尋常日子差不多了。

 

-120℃、直徑2米的低溫真空球，模擬著太空的惡劣環境，考驗著全球首臺寬幅高光譜溫室氣體成像監測儀。一旁，天基碳監測突擊隊的科研人員正緊張地盯著密密麻麻的參數。大伙兒正將4000余個光譜的數據量變成大氣中各氣體成分的實際物理量。這個工作量不小，得忙一陣了。

 

項目負責人楊溢，80后，上海人，這幾年春節幾乎都沒完整過過。“任務需要，這個春節卡在時間節點上了。大家輪流歇，研制不停。”她說得云淡風輕。

 

“看清”更多溫室氣體

 

碳達峰，深入人心。可做得怎么樣，得用科學數據來說話。“從天上往地面看氣候變化”，上海技術物理研究所走在了前面，從2008年起就率先開展天基溫室氣體監測技術的預先研究。

 

天上飛著的碳衛星，有好幾位不同國家的“前輩”了。高光譜溫室氣體監測儀，又“煉就”了哪些不一樣的絕活？以我國2016年12月發射的全球二氧化碳監測科學實驗衛星為例，它通過看“顏色”來識別二氧化碳氣體。上海技術物理研究所所長、儀器主任設計師丁雷說，溫室氣體可不止二氧化碳，還有水汽、甲烷、氧化亞氮等。“看”水是“基本功”，“看”二氧化碳是“進階本領”，各有千秋，而“看”甲烷可是“頭一遭”，自然難得多。

 

“要利用寬譜段高光譜方式來對地觀測，這就要求監測儀能‘看到’的色彩更豐富、有更多細節，同時還要看得更遠。”丁雷介紹。國際上同類儀器的視場幅寬普遍為10多公里，天基碳監測突擊隊卻直接添了個零，要“看”100公里，“能有效縮短對全球和敏感地區的探測周期。”看得廣還看得遠，數據量隨之增多，信息處理難度也陡增。

 

記者了解到，全球首臺寬幅高光譜溫室氣體監測儀樣機已完成研制。相比國際上同類載荷性能指標，其光學總視場角增加7.3倍左右，光譜分辨率提升一倍，光譜采樣率提升50%，信噪比提升30%。

 

破解“既要又要”難題

 

和照相機定格山川河流不一樣，探測儀“看到”的是“虛”的，太陽高度角、風速、陰天晴天，都會對“所見”造成變化。科研人員獲取的數據，得和大氣成分做物理上的反演建立起穩定的數學關系。“我們要把溫室氣體反演精度提高至1ppm，通俗講就是，當大氣中某一溫室氣體含量變化超過百萬分之一時，監測儀就能發現。”丁雷解釋。

 

天基溫室氣體監測技術，在上海技術物理研究所，接力棒已在四屆博士生手中傳遞過。這支數十人組成的攻關團隊，年齡跨度覆蓋了“60后”到“00后”，載荷不知更新迭代了多少回。

 

光學副主任設計師成龍從攻讀博士學位起就瞄準了這項技術，已在所里奮斗快十年了，“我很幸運能參與國家需要的前沿項目研究”。

 

拿探測儀的“體重”來說，為滿足科研需求，最初的設計直奔600公斤，可衛星上天也有“承重量”，對探測儀來說是個“既要又要”的難題——得輕些，穩定性還不能降低要求，這可是個無先例可循的創新活兒。機械副主任設計師雷松濤費盡心思，不同零件用上滿足各自要求的復合材料，總算“減重”到了300公斤，“在不同溫度、重力環境下，載荷的結構形變不能超過微米級”。

 

團隊要“兩條腿走路”

 

“根據科研任務的安排，研發的溫室氣體監測儀馬上迎來階段驗收。春節期間，恰好要在真空環境中聯合測試。”綜合電子學主任設計師張冬冬沒覺得假期工作有什么大不了的，“測試需要24小時有人盯著，大家輪流過節，設備不歇。家住甘肅、貴州的科研人員，過了年初三也都陸續回來了”。

 

一頭，在緊鑼密鼓地開展寬幅高光譜溫室氣體監測儀的裝校和定標實驗，為三月到來的“小考”做好準備；另一頭，一臺新的載荷也在春節期間“上馬”。團隊要“兩條腿走路”，還得走得快而穩。

 

“甲烷在平流層和對流層，可能會和不同成分發生反應。若把它作為一個科學問題看待，有很多環節纏繞在一起，以目前的技術手段，較難全面探測。”丁雷展望說，“未來天基溫室氣體監測必然朝著更多要素、更廣范圍發展。我們現在看到的是柱狀濃度，今后希望能像CT一樣，得到溫室氣體在大氣中的垂直分布信息。”