默契加班，只为更精准“看清”碳排放

■本报记者 沈湫莎
      
       这个春节，中国科学院上海技术物理研究所天基碳监测突击队一直坚守在实验室。根据科研任务安排，该团队负责研发的高光谱温室气体探测仪阶段性验收在即，他们得抓住窗口期，对仪器进行最后的定标、校准。
      
       这支20多人的团队中既有60后也有00后，人数最多的是90后，家乡远在甘肃、四川等地。令人感动的是，项目组没有通知大家春节加班，但所有人都很有默契地留了下来。高光谱温室气体探测仪项目负责人杨溢说：“和一群志同道合的小伙伴一起攻坚克难、追逐梦想，是很幸运的。”机械主管设计师黄苏南说：“做别人没有做过的事，我觉得挺开心，家里也很支持我。”
      
       光学副主任设计师成龙从攻读博士学位起就开始瞄准这个方向，至今已有9年。他说：“科研工作者最大的幸运就是参与到国家需要的前沿项目中去，如今项目临近收官，我想把它做得更好。”
      
       新载荷率先探路有“三难”
      
       持家要先有账本，要在2030年实现“碳达峰”，就需要知道全球温室气体的各项数据——谁排了？排了多少？它们又去了哪里？2009年哥本哈根气候大会刚结束，我国就开始部署碳卫星的研制工作，首颗监测全球二氧化碳浓度的碳卫星于2016年成功发射。但是，温室气体除了二氧化碳，还有水汽、甲烷、氧化亚氮等，想要更精准地掌握碳排放数据，必须“看到更多”。
      
       目前全球所有的温室气体监测都只“看”二氧化碳一种气体，“更多”意味着这是一条前人没有走过的路。2008年前后，中国科学院上海技物所率先开展天基温室气体监测技术的预先研究。
      
       率先探路的难点有三。上海技术物理研究所所长、仪器主任设计师丁雷解释说：“一是光谱要求更宽、更精，才能在太空观测更多气体的浓度，并‘看清’细节；二是视场必须更大，一般同类仪器的视场幅宽为10多公里，而我们研制的仪器需要覆盖100公里，才能有效缩短对全球和敏感地区的探测周期；三是信息处理难度更大，这对器件精度、地面测试、仪器研发都提出了新的挑战。”
      
       为此，上海技物所联合全国各方最强科研力量进行攻关，已完成全球首台宽幅高精度温室气体探测仪样机研制。相比目前国际上的同类载荷，其光学总视场角增加7.3倍左右，光谱分辨率提升一倍，光谱采样率提升50%，信噪比提升30%，能实现对甲烷的高精度探测，有望将温室气体反演精度提高至1ppm（百万分之一）。
      
       模拟太空环境中精准“调音”
      
       春节前夕，这台高光谱温室气体探测仪被送入-120℃的低温真空房，最近半个月，它都将在那里体验模拟太空环境中必须经受的各项考验。
      
       正如乐器演奏前需要调音，将光谱的数学量转换成大气中各气体成分的实际物理量，也需要定标和校准。作为一台指标领先的全新自研载荷，这个环节的工程量是巨大的。
      
       综合电子学主任设计师张冬冬说：“我们用了4000个以上的光谱，要让它们在恶劣环境中高灵敏地反馈各项数据指标，且与实际观测结果相吻合，这需要24小时不间断地调试。”
      
       在机械副主任设计师雷松涛提交的最初方案中，仪器自重达600公斤，修改意见要求减重到300公斤。为了达到这一目标，这台载荷中几乎所有材料、结构都进行了全新设计，这些也将在低温真空测试中接受考验。“在不同温度场、重力场变化下，我们的载荷变形不能超过微米级。”雷松涛说。
      
       如果一切顺利，今年3月，这台高光谱温室气体监测仪将迎来阶段性验收。未来它将装载在上海研制的碳卫星上，从太空对全球大气中的温室气体浓度进行探测，为实现“碳达峰”提供数据参考。