生产力新跃迁·策源之力 | 从打破垄断到国际顶尖，这只上海“慧眼”即将破圈商业航天

有一台相机，它能从距离地面约700公里外的太空，以每秒7公里的速度扫过宽幅达60公里的地面，一“眼”获取的数据相当于330台传统相机、2000台传统光谱仪；

无论是高山、森林，还是沙漠、荒原，它能精准识别出40多种埋藏于地下几百上千米的矿藏，正确率超过90%；

它的甲烷排放探测能力，在与世界同类设备“同台竞技”中，以精度高出其他设备1个量级以上胜出，被国际同行认为是“天基甲烷探测的极限”。

它就是出自中国科学院上海技术物理研究所的“星载宽谱宽幅可见短波红外高光谱相机”。

5月23日上午，由中央网信办网络传播局指导，上海市委网信办、上海市科技工作党委联合主办的“策源之力”媒体行走进中国科学院上海技术物理研究所，详细了解该所刘银年研究员带领团队如何从基础研究起步，苦苦探索约20年，使相机最终变成卫星上的“慧眼”。

自2018年5月随我国发射的世界首颗陆地大气综合观测高分五号高光谱观测卫星升空以来，我国已实现装载有4台宽谱宽幅高光谱相机的4颗高光谱卫星在轨组网观测，每天持续、稳定地提供数千景高光谱数据，在我国自然资源探测、甲烷排放监测等领域立下汗马功劳，改变了我国过去“一图难求”的局面。

起步落后国外十年，如今被公认国际顶尖

这项生根于上海、发展于上海、成就于上海的先进技术，20年前起步时就是为了打破国外的技术垄断。

2000年11月，美国发射了世界首颗对地遥感高光谱卫星，可以对地球表面任意区域进行成像。这颗卫星深深触动了中国遥感人的心。在经过数年研究后，我国提出自主技术指标。

我国把新一代星载高光谱成像技术的发展目标定为“两宽五高”，即宽谱（覆盖从可见光到红外光）、宽幅（几十公里）；高光谱、高空间、高辐射分辨率、高灵敏、高精准测量。

这套指标大幅高于国外同期设备，但我国星载高光谱成像技术起步比国外落后十年，因此挑战无比巨大。彼时，30岁刚出头的刘银年带着团队挑起了这副重担。

就像人的眼睛很难同时看全景和细节，传统技术路线显然无法达到预设的技术目标。从查找文献开始，科研团队开始了艰难的探索。

这是一项全链条创新的艰难之举。“在突破了原理之后，将想法变成样机，再到最后能够上天的成品，其中遭遇的困难曲折真是无穷无尽。”刘银年说，一个小小的拧螺丝技术工艺过程的摸索，就耗费了团队光机人员近一年多的时间。

像面倍增视场分离组件是相机中的关键部件，在其重要理论模型突破之后，在后续研制中，组件内各部件“拧螺丝”都变成了比寻找理论方法更难的事情。

为了保证多个纤细部件的纳米级光学面型精度，并经受或消除卫星发射和运行过程中各种力热带来的“扭曲”，组件上40多个螺丝一方面需要做到“精打细算” 地将多个部位连成一体，一方面又要通过反复验证迭代，使其尽可能达到“自然近无应力”状态。

由于技术涉及面广尚未得到在轨公开运行，在载荷2018年升空之前，团队基本上无法有更多时间去琢磨发表论文的事情，隐姓埋名做着惊天动地的事。十多年来，整个研究形成了5000多份技术报告和四万多份图纸——全部排开，长达数十米。

最终，他们找到了新方法，成功在超过人眼5倍多的宽光谱范围内，实现了兼顾几百个纳米级光谱通道的高灵敏响应——公开资料显示，美国至今未能实现这一突破。

2018年5月，当这台高光谱相机随高分五号卫星升空投入运行后，被国际上该领域排名首位的期刊主编、美国航空航天局“SNOOPI”计划负责人评价为“顶尖仪器”“性能卓越”。

“慧眼”看世界，为生产力打开“新视界”

在首台高光谱相机上天后，团队又不断进行技术改进，后续又有四台相机搭载到资源系列和高五系列卫星上，在天上实现在轨组网观测。目前，它们每过7天左右，就能完成一次对我国全境的扫描。

四台高光谱相机留在地面的样机

矿产资源调查是高光谱相机的重大使命之一。过去我国地质勘察所依赖的国外多光谱卫星数据，只能对岩石类型进行区分，而高分五号高光谱相机的谱段数由国外卫星的区区几个提升到了330个。

利用这些数据，我国地质工作人员已在我国西部地区开展了蚀变矿物种类和成分信息的提取工作——矿物相关识别结果由10余种提高到40余种，经实地验证正确率超过90%，对地球的认知从宏观物质提高到了微观元素。

碳盘点是我国实现“碳达峰”和国际上气候变化根源监测的重点，掌握碳排放点源的位置和排放量是其核心，其中甲烷排放更是重中之重。以往国际上没有权威的卫星监测数据，各国众说纷纭、莫衷一是。

利用高分五号高光谱相机数据，国际上多家科研团队联合在美国二叠纪盆地开展甲烷排放监测研究工作，探测精度达到63ppb（十亿分之一），比国外最新高光谱相机高出一倍，中国的这台相机也被剑桥大学知名学者评价为“下一代甲烷监测的代表性仪器”。

这标志着我国掌握了完全自主卫星数据、自主应用反演方法的星载甲烷排放监测手段，也成为我国在气候博弈中掌握主动权话语权的关键破局点。

卫星上天，技术落地。“高光谱相机所攻克的难关、占领的技术制高点，为带动我国相关产业发展，打开了空间。”刘银年透露，目前他们已在长三角着手建立产业化基地，与有技术需求的企业进行深度对接。

此外，研究团队近期还与上海航天有关单位携手，面向上海最新发布的“商业航天行动计划”，承接国际商业项目，“我们可以用遥感大数据赋能星网，将由此产生的新手段、新应用深入到各行各业。”