【觀察者網綜合】2016年12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭，成功將我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星（TANSAT，簡稱「碳衛星」或「嗅碳衛星」）發射升空。該衛星的成功研製和後續在軌穩定運行，將使我國初步形成針對全球、中國及其他重點地區大氣二氧化碳濃度監測能力。此次任務，還搭載發射了1顆高分微納衛星和2顆光譜微納衛星。
此次發射的碳衛星，是我國首顆、全球第三顆專門用於「看」全球大氣中二氧化碳含量的衛星。該衛星的成功研製和後續在軌穩定運行，將使我國初步形成針對全球、中國及其他重點地區的大氣二氧化碳濃度監測能力，填補了我國在溫室氣體檢測方面的技術空白，其成果對我國掌握全球變暖的變化規律和全球碳排放分布、提高我國在應對全球氣候變化的國際話語權等方面具有重要意義。
搭載著我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星的長征二號丁運載火箭靜待發射
火箭發射升空後，西安衛星測控中心及其下屬多個測控站接續開展精準控制。在火箭飛行約13分鐘後，火箭搭載的多顆衛星依次進行星箭分離，相繼進入預定軌道。隨後，西安衛星測控中心發送指令，控制衛星展開太陽能帆板，建立正常工作狀態。後續，西安衛星測控中心還將承擔衛星在軌運行長期管理等工作。
碳衛星是科技部為應對全球氣候變化、提升我國全球二氧化碳監測能力部署的一項重大任務。
2009年，國家遙感中心組織專家組開始中國碳衛星的前期戰略研究工作；2011年在863計劃的支持下「全球二氧化碳監測科學實驗衛星與應用示範」重大項目（中國碳衛星）正式由科技部立項，由中科院國家空間科學中心負責工程總體，中科院微小衛星創新研究院負責衛星系統，中科院長春光學精密機械與物理研究所研製有效載荷，中國氣象局國家衛星氣象中心負責地面數據接收處理與二氧化碳反演驗證系統的研製、建設和運行。
項目目標研製並發射一顆「以高光譜二氧化碳探測儀、多譜段雲與氣溶膠探測儀為主要載荷的高空間解析度和高光譜解析度全球二氧化碳監測科學實驗衛星」，建立高光譜衛星地面數據處理與驗證系統，形成對全球、中國及其他重點地區大氣二氧化碳濃度監測能力，監測精度達到1-4ppm（百萬分比濃度），即是說，當大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時，「千里眼」就必須發現。
搭載著我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星的長征二號丁運載火箭一飛沖天
用於發射任務的長征二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院研製。這次發射是長征系列運載火箭的第243次飛行。
太空中怎麼能「看」到二氧化碳？「看」到了二氧化碳又有什麼用？這顆衛星還帶了哪些「高精尖」科技？記者採訪相關專家，揭開碳衛星的神秘面紗。
「千里眼」看顏色識氣體
從厚厚包裹著地球的大氣層中，識別出哪些氣體是二氧化碳，還要畫出一張張「動態圖」——碳衛星需要安上特製的「千里眼」。
早在1992年世界各國即簽署了《聯合國氣候變化框架公約》，旨在將大氣二氧化碳濃度穩定在某一水平上以防止人類活動嚴重干擾氣候系統。之後，數次全球範圍內的氣候大會，都顯示出國際社會對溫室氣體排放導致全球氣候變化的普遍認同，氣候變化問題已超越地緣政治成為關係人類命運的重要議題。
美國OCO-2衛星
中國本次發射的碳衛星，搭載了一台高光譜與高空間解析度二氧化碳探測儀。這台探測儀的工作原理，是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度。
碳衛星實現大氣溫室氣體探測是基於大氣吸收池原理，用通俗的話說，就是通過看「顏色」來識別二氧化碳氣體。中科院長春光學精密機械與物理研究所研究員鄭玉權解釋，太陽光經過空氣時，空氣中的二氧化碳分子對許多精細的顏色有了不同程度吸收。通過光學儀器對這些色彩進行非常精準的測量，可以反向推算出二氧化碳分子數量，從而得知大氣中的二氧化碳濃度。
碳衛星的工作原理
通過對全球柱濃度的序列分析，並藉助數據同化系統的一系列模型，可推演出全球二氧化碳的通量變化（單位時間通過單位面積的二氧化碳總量），這正是碳循環研究的核心數據基礎。
長春光機所助理研究員藺超說，長春光機所為此製造了大面積衍射光柵，相當於在頭髮絲的寬度上劃出200餘條形狀和直線度要求很高的刻線，「這樣的精密元件，如同細密梳子，才能過濾出更為精細的色彩」。
地面觀測點也能搜集大氣中的二氧化碳數據，為什麼還要發射衛星？碳衛星工程地面應用系統總設計師楊忠東說，全球二氧化碳地面觀測站點總共僅有數百個，難以滿足監測需求，只有用衛星俯瞰，才能繪製二氧化碳分布的全景圖。
「碳排放」要有中國數據
掌握全球的二氧化碳分布狀況有什麼用？科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，在碳排放數據上知己知彼，對提升我國在國際氣候變化方面的話語權具有重要意義。
全球變暖、極端天氣……嚴峻的氣候變化形勢面前，減少二氧化碳等溫室氣體的排放成為必然選擇。碳排放的量化監測是各國最終實現溫室氣體減排的重要技術基礎，在所有的碳排放量監測手段中，目前只有星載高光譜溫室氣體探測技術既能對二氧化碳等溫室氣體濃度進行高精度探測，又能獲取全球各區域的氣體濃度分布數據。
正因如此，各已開發國家紛紛研發專用衛星。由於技術難度極高，目前僅有兩顆衛星從太空監視地球溫室氣體排放：一顆由日本2009年發射（GOSAT），一顆由美國2014年發射（OCO-2）。也是在2015年12月22日，美國NASA公布了首張全球二氧化碳分布圖，其中中低緯度部分地區的大氣二氧化碳濃度突破了400ppm。
NASA公布的首張全球CO2分布圖
李加洪介紹，我國發射的碳衛星通過地面數據接收、處理與驗證系統，定期獲取全球二氧化碳分布圖，使我國在大氣二氧化碳監測方面躋身國際前列。
「持家先要有帳本，這個『帳本』就是我們自己監測到的碳排放量。」 李加洪說。
「高精尖」未來有望測霧霾
碳衛星上除了搭載二氧化碳探測儀，還有另一件「利器」——多譜段雲與氣溶膠探測儀。這台探測儀可以測量雲、大氣顆粒物等輔助信息，為科學家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素。
多譜段雲與氣溶膠探測儀雖然不是「主角」，但可能會帶來許多意想不到的收穫。
楊忠東說，多譜段雲與氣溶膠探測儀能監測大氣中的顆粒物，可以幫助氣象學家提高天氣預報的準確性，並為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數據支撐。
研究人員表示，具體如何監測霧霾，要等碳衛星傳送回第一份數據後再做分析判斷。
此外，碳衛星實現全球觀測，是衛星平台頻繁調整姿態、「翩翩起舞」的結果。在此過程中，科研人員突破了多項關鍵技術，實現了技術跨越發展。
碳衛星載荷系統
或與國外合作形成碳衛星「虛擬星座」
碳衛星最終實現全球觀測，還需要衛星平台實現靈活的觀測模式。二氧化碳探測儀與衛星平台配合，通過主平面天底和耀斑兩種主要觀測模式，才能對全球陸地和海面路徑上二氧化碳的吸收光譜進行精確測量。
為保證在軌獲取光譜數據的精度，載荷需要進行對日、對月定標，這也需要衛星平台頻繁調整姿態、翩翩起舞。中國碳衛星絕對是地球之上的靈魂舞者。
當然，僅有衛星是遠遠不能完成使命的，若要實現最終任務目標，需要多個大系統協調配合。在科技部、中國科學院的共同組織下，碳衛星按照航天工程模式，組成了衛星、運載、發射場、測控、應用五大系統。
碳衛星發射運行後，科學數據將依託風雲系列地面接收站資源完成數據下傳。這些數據並不是直接可用的二氧化碳濃度分布，需要經過氣象學家進行高精度的全球二氧化碳分布反演計算，才能最終成為全球二氧化碳觀測數據產品並共享發布。
氣候問題是全人類共同面對的問題，解決氣候問題、監測碳排放也是需要世界各國努力合作的問題。李加洪曾談到：「做全球二氧化碳監測僅僅一兩顆衛星是不夠的，我國（碳衛星）是第三顆，歐洲也將碳衛星列入計劃。我們希望通過這顆衛星和其他幾個國家合作形成碳衛星『虛擬星座』，聯合觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監測數據」。
搭載著我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星的長征二號丁運載火箭點火發射
搭載著我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星的長征二號丁運載火箭烈焰噴薄
碳衛星的幾種工作模式
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