看科學(xué)家如何捕捉“一絲光”

5月9日，科研人員注視著衛(wèi)星運行模擬數(shù)據(jù)大屏幕。

5月9日，科研人員手持“地質(zhì)一號”衛(wèi)星模型進(jìn)行講解。

5月9日，“地質(zhì)一號”科研團(tuán)隊成員有條不紊地推進(jìn)各項科研任務(wù)。

工程師在進(jìn)行“地質(zhì)一號”星箭對接作業(yè)。（天儀研究院供圖）

5月17日12時12分，朱雀二號改進(jìn)型遙二運載火箭在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)發(fā)射升空，將包含“地質(zhì)一號”在內(nèi)的6顆衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道，飛行試驗任務(wù)獲得圓滿成功。（藍(lán)箭航天供圖）

2024年12月28日，“地質(zhì)一號”衛(wèi)星在長春完成實驗室定標(biāo)。（天儀研究院供圖）

5月9日，科研人員在位于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）未來城校區(qū)的衛(wèi)星地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)工作?！暗刭|(zhì)一號”傳送回來的數(shù)據(jù)將在這里進(jìn)行處理。

5月9日，科研人員在衛(wèi)星地面系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房里工作。

湖北日報全媒記者 張歆

“五、四、三、二、一，點火！起飛！”5月17日12時12分，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，隨著指揮員發(fā)出點火口令，朱雀二號改進(jìn)型遙二運載火箭騰空而起，以完美的曲線沖向湛藍(lán)的天空，將我國第一顆地質(zhì)行業(yè)衛(wèi)星“地質(zhì)一號”送入太空。

為何要設(shè)計這款衛(wèi)星？它的用途如何？技術(shù)難點在哪里？湖北日報全媒記者專訪了“地質(zhì)一號”衛(wèi)星工程總師、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教授王力哲。

海量文獻(xiàn)“篩”出26個光譜段

“地質(zhì)行業(yè)提升信息化、智能化的當(dāng)務(wù)之急是研制高光譜地質(zhì)衛(wèi)星?！刭|(zhì)一號’衛(wèi)星就是面向地質(zhì)行業(yè)重大需求，在這一背景下攻關(guān)研制的。”王力哲說。

3年前，團(tuán)隊開啟地質(zhì)行業(yè)衛(wèi)星技術(shù)攻關(guān)，以滿足行業(yè)使用為目標(biāo)，研制遙感衛(wèi)星，首當(dāng)其沖就是找到地質(zhì)行業(yè)急需的光譜段。

不同物質(zhì)，如礦物、植物、氣體等，反射或吸收特定的光譜，形成特殊的光譜曲線，好比“光指紋”，找到物質(zhì)特定的“光指紋”，科學(xué)家就能辨認(rèn)它們。

王力哲介紹，團(tuán)隊閱讀海量文獻(xiàn)，統(tǒng)計篩選了地質(zhì)行業(yè)使用的光譜段，在可見光到短波紅外光譜范圍中，確定了26個光譜段，其中包括10個短波紅外譜段。

短波紅外能滿足地質(zhì)探測中巖性、礦物、重金屬、蝕變信息等要素探測功能需求，如用1604納米波長可識別鎳金屬、2334納米波長可識別礦物豐度等等，在地質(zhì)行業(yè)的運用深入且廣泛，但相比可見光，短波紅外的波長長、能量低，感光元件捕捉極為困難。

當(dāng)前，遙感衛(wèi)星使用的光譜段多為可見光，短波紅外光譜供應(yīng)極少，尤其是1800納米至2500納米區(qū)域，能量弱，捕捉難度大，即便成功捕捉，信號也常常受到水汽、云層等干擾，信噪比低，成像模糊。

創(chuàng)新技術(shù)捕捉“一絲光”

如何成功捕捉？

當(dāng)下，遙感衛(wèi)星的光譜相機(jī)常采用光柵分光技術(shù)，在不同譜段“截取”光，成本高昂，且每個譜段的譜寬均勻一致。

“采用光柵分光，可見光能量強(qiáng)，譜寬10納米（相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的六千分之一）可被感光元件捕獲，但短波紅外譜段的譜寬同樣為10納米時，就難以捕捉、成像模糊?！蓖趿φ芙忉專V寬過窄，感光元件就難以捕捉，譜寬過寬，就不具備特定譜段的識別意義。

團(tuán)隊創(chuàng)新研究思路，采用超窄帶鍍膜技術(shù)，針對地質(zhì)需求與譜段特性，不同譜段采用了10納米、20納米、30納米、40納米等針對性精細(xì)設(shè)計，波長長、能量弱的譜段譜寬稍寬，成功捕捉到一絲絲“微弱的光”，還解決了不同譜段間的信號相互串?dāng)_問題，提升了信噪比和成像質(zhì)量。

有得用更要用得起

“有得用”也不夠，更得讓行業(yè)“用得起”。

團(tuán)隊進(jìn)一步科研攻關(guān)，通過多相機(jī)傳感器共鏡頭、輕量化材質(zhì)使用、衛(wèi)星平臺高度集成等技術(shù)實現(xiàn)了100千克量級的衛(wèi)星輕小型化，有效降低了“地質(zhì)一號”衛(wèi)星的制造與發(fā)射成本。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊正在加速“地質(zhì)二號”衛(wèi)星的研發(fā)工作，進(jìn)一步加快推進(jìn)小型高光譜地質(zhì)環(huán)境資源衛(wèi)星星座構(gòu)建與組網(wǎng)，實現(xiàn)空間連續(xù)性光譜和時間分辨率提升，為遙感地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

（本版圖片除署名外，均由湖北日報全媒記者 柯皓 通訊員 張浩 焦思勤 攝）