利用激光雷達對南極圈—赤道—北極圈航路氣溶膠進行走航式連續(xù)觀測

紅白相間的雪龍2號科考船在藍色海水中穿行，向著極地進發(fā)。這其中，有著航天人的深深牽掛。

不到一年的時間內(nèi)，雪龍?zhí)?、雪?號相繼搭載航天科技集團九院704所自主研發(fā)的大氣探測激光雷達設備進行科考。

這是我國首次利用激光雷達對南極圈—赤道—北極圈航路氣溶膠進行走航式連續(xù)觀測，也是首次對南、北極圈實現(xiàn)跨季節(jié)連續(xù)觀測，獲得了豐富的多緯度、多季度、多類型氣溶膠信息，填補了數(shù)據(jù)空白，受到用戶高度評價。

據(jù)悉，極地氣溶膠探測，對氣象、海洋、環(huán)境保護等公益事業(yè)以及相關應用具有十分重要的科學價值和戰(zhàn)略意義，可為全球氣候變化研究、和平開發(fā)利用兩極、生態(tài)治理保護等提供一手數(shù)據(jù)支撐，已成為世界主要發(fā)達國家關注的焦點和熱點。

首次實現(xiàn)跨赤道兩極海上氣溶膠探測

“這臺設備隨船去了兩極，在路上一直處于工作狀態(tài)，相當于繞了地球一圈來收集氣象數(shù)據(jù)。”704所研發(fā)中心19室主任趙一鳴表示。 2019年10月~2020年4月，704所的大氣探測激光雷達受邀搭載雪龍?zhí)柲蠘O科考船，圓滿完成了我國第36次南極科考任務。 2020年7月，704所激光雷達再次獲邀搭載雪龍2號極地科考船，參與我國第11次北極科考任務。

據(jù)了解，這一圈走航式的科考之旅收集到的氣象數(shù)據(jù)主要與氣溶膠相關。簡單來說，氣溶膠就是懸浮在氣體介質(zhì)中的固態(tài)或液態(tài)顆粒所組成的氣態(tài)分散系統(tǒng)，其存在能夠?qū)θ驓夂蜃兓瘞碇苯佑绊憽?“過去在海上和兩極地區(qū)并沒有直接觀測的手段，所以開展這種跨赤道跨緯度帶的氣溶膠分布規(guī)律研究對全球氣候變化研究至關重要。這也一直是各國研究的熱點?！?04所激光遙感專業(yè)負責人告訴記者。 據(jù)趙一鳴介紹，目前若要對大氣污染物實現(xiàn)追蹤，主要有兩種方式：一種是通過模型追蹤；另外一種是觀測追蹤，即用衛(wèi)星等實時觀測手段進行追蹤。 但目前我國在對污染物進行模型追蹤方面還不成熟，主要是因為缺乏完善的數(shù)據(jù)，導致無法構造數(shù)值模型。另一方面，雖然可以通過衛(wèi)星來觀測，但事實上，衛(wèi)星的數(shù)據(jù)又不夠豐富。 不到一年的時間內(nèi)，704所的大氣探測激光雷達從上海出發(fā)到南極再到北極，這期間獲得了連續(xù)的大氣數(shù)據(jù)，為海洋和大陸的大氣交換研究提供了一手的科學資料。

數(shù)月的海上漂流：顛簸、高鹽、高濕

據(jù)介紹，隨船的大氣探測激光雷達采用1064納米波長激光發(fā)射，探測距離超過15公里，距離分辨率15米，具備偏振探測、掃描探測能力，可提供消光系數(shù)、能見度等氣象信息。 704所這款激光雷達的激光器、探測器等核心單機具備自主知識產(chǎn)權，技術水平已達到國際先進、國內(nèi)領先水平。

■ 安裝在科考船甲板上的雷達設備 雷達設備被安裝在科考船的甲板上，相當于完全裸露在外界環(huán)境中，風吹雨淋都是家常便飯。因此，對于激光雷達而言，隨船在海上漂浮數(shù)月，還要確保能夠處于持續(xù)正常工作的狀態(tài)，并不容易。 704所衛(wèi)星導航部17室主任艾倫10多年前曾帶著設備隨科考船去往南極，一路上經(jīng)歷的各種困難和挑戰(zhàn)令他至今記憶猶新：“科考船并不穩(wěn)當，再加上幾個月的高鹽高濕環(huán)境，對人和光學設備而言，都要經(jīng)受不小的考驗?！?值得注意的是，完成南極圈—赤道—北極圈航路的是同一臺設備，也就是說，這臺設備連軸參加了兩次極地科考之旅，相當于在海上無故障地連續(xù)服役了一年。

■在南極天鵝嶺上空瞭望中俄兩站 為確保這一圈科考之旅的順利完成，704所克服周期緊、人員少等困難，除了對設備進行傳統(tǒng)的防鹽霧、特殊抗震等設計外，還做了特殊的氣體防護，確保其激光器和光學艙不受到損害。 另外，為確保用戶能夠更加便捷、高效地操作設備，704所大氣探測激光雷達設備團隊經(jīng)過不斷努力，實現(xiàn)了對用戶培訓24小時就可以完全交付的速度。 “兩三個小時安裝完成后，基本上就可以開始使用了。這是我們最成熟的一套適用于海上的產(chǎn)品，整個設備已經(jīng)經(jīng)過10多年的迭代更新?！眻F隊負責人表示。 通過兩極科考的考驗，704所激光雷達可靠性、環(huán)境適應性和數(shù)據(jù)完整率、準確性得到用戶高度認可。這同時也是該所激光雷達專業(yè)又一次里程碑式成果，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化與科研探索的完美結合。

■在南極偶遇的阿德雷企鵝

珍貴石頭背后的航天故事

走進704所南苑辦公區(qū)，有一塊特殊的石頭映入眼簾，“南極石”3個大字格外醒目。石頭上面鐫刻著周恩來總理的“十六字方針”：嚴肅認真、周到細致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失。

據(jù)悉，這份珍貴的禮物是為紀念704所在我國第24次南極科學考察活動中的突出貢獻，由科考隊贈送，記錄了704所執(zhí)行南極科考任務的責任與光榮。 極地科考項目任務艱巨，704所曾數(shù)次選派優(yōu)秀青年技術骨干攜帶該所產(chǎn)品參加我國極地科學考察活動，人員及產(chǎn)品都經(jīng)受了嚴峻的考驗。 光榮的背后，是704所一批對技術和質(zhì)量不懈追求、懷揣航天夢、強國夢的航天青年。 目前，團隊研制的激光雷達在大氣、植被、海洋等民用領域成功實現(xiàn)航天技術應用，填補國內(nèi)相關領域空白。 在環(huán)境監(jiān)測方面，激光雷達能夠快速查找污染源，對污染事件進行24小時可視化監(jiān)控，調(diào)取各方向、各時間段視頻記錄，做到隨機抽查，助力環(huán)保執(zhí)法機構對施工企業(yè)定量執(zhí)法、精確執(zhí)法。 未來，704所將繼續(xù)用航天技術為我國海洋氣象事業(yè)提供更多有力支撐。

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