看科学家如何捕捉“一丝光”

看科学家如何捕捉“一丝光”

5月9日,科研人员注视着卫星运行模拟数据大屏幕。

5月9日,科研人员手持“地质一号”卫星模型进行讲解。

5月9日,“地质一号”科研团队成员有条不紊地推进各项科研任务。

工程师在进行“地质一号”星箭对接作业。(天仪研究院供图)

5月17日12时12分,朱雀二号改进型遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,将包含“地质一号”在内的6颗卫星顺利送入预定轨道,飞行试验任务获得圆满成功。(蓝箭航天供图)

2024年12月28日,“地质一号”卫星在长春完成实验室定标。(天仪研究院供图)

5月9日,科研人员在位于中国地质大学(武汉)未来城校区的卫星地面系统数据中心内工作。“地质一号”传送回来的数据将在这里进行处理。

5月9日,科研人员在卫星地面系统数据中心机房里工作。

湖北日报全媒记者 张歆

“五、四、三、二、一,点火!起飞!”5月17日12时12分,酒泉卫星发射中心,随着指挥员发出点火口令,朱雀二号改进型遥二运载火箭腾空而起,以完美的曲线冲向湛蓝的天空,将我国第一颗地质行业卫星“地质一号”送入太空。

为何要设计这款卫星?它的用途如何?技术难点在哪里?湖北日报全媒记者专访了“地质一号”卫星工程总师、中国地质大学(武汉)教授王力哲。

海量文献“筛”出26个光谱段

“地质行业提升信息化、智能化的当务之急是研制高光谱地质卫星。‘地质一号’卫星就是面向地质行业重大需求,在这一背景下攻关研制的。”王力哲说。

3年前,团队开启地质行业卫星技术攻关,以满足行业使用为目标,研制遥感卫星,首当其冲就是找到地质行业急需的光谱段。

不同物质,如矿物、植物、气体等,反射或吸收特定的光谱,形成特殊的光谱曲线,好比“光指纹”,找到物质特定的“光指纹”,科学家就能辨认它们。

王力哲介绍,团队阅读海量文献,统计筛选了地质行业使用的光谱段,在可见光到短波红外光谱范围中,确定了26个光谱段,其中包括10个短波红外谱段。

短波红外能满足地质探测中岩性、矿物、重金属、蚀变信息等要素探测功能需求,如用1604纳米波长可识别镍金属、2334纳米波长可识别矿物丰度等等,在地质行业的运用深入且广泛,但相比可见光,短波红外的波长长、能量低,感光元件捕捉极为困难。

当前,遥感卫星使用的光谱段多为可见光,短波红外光谱供应极少,尤其是1800纳米至2500纳米区域,能量弱,捕捉难度大,即便成功捕捉,信号也常常受到水汽、云层等干扰,信噪比低,成像模糊。

创新技术捕捉“一丝光”

如何成功捕捉?

当下,遥感卫星的光谱相机常采用光栅分光技术,在不同谱段“截取”光,成本高昂,且每个谱段的谱宽均匀一致。

“采用光栅分光,可见光能量强,谱宽10纳米(相当于头发丝直径的六千分之一)可被感光元件捕获,但短波红外谱段的谱宽同样为10纳米时,就难以捕捉、成像模糊。”王力哲解释,谱宽过窄,感光元件就难以捕捉,谱宽过宽,就不具备特定谱段的识别意义。

团队创新研究思路,采用超窄带镀膜技术,针对地质需求与谱段特性,不同谱段采用了10纳米、20纳米、30纳米、40纳米等针对性精细设计,波长长、能量弱的谱段谱宽稍宽,成功捕捉到一丝丝“微弱的光”,还解决了不同谱段间的信号相互串扰问题,提升了信噪比和成像质量。

有得用更要用得起

“有得用”也不够,更得让行业“用得起”。

团队进一步科研攻关,通过多相机传感器共镜头、轻量化材质使用、卫星平台高度集成等技术实现了100千克量级的卫星轻小型化,有效降低了“地质一号”卫星的制造与发射成本。

据悉,研究团队正在加速“地质二号”卫星的研发工作,进一步加快推进小型高光谱地质环境资源卫星星座构建与组网,实现空间连续性光谱和时间分辨率提升,为遥感地质行业的发展贡献力量。

(本版图片除署名外,均由湖北日报全媒记者 柯皓 通讯员 张浩 焦思勤 摄)

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