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利用激光雷达对南极圈—赤道—北极圈航路气溶胶进行走航式连续观测

MEMS 2021-04-06 09:54 次阅读

红白相间的雪龙2号科考船在蓝色海水中穿行,向着极地进发。这其中,有着航天人的深深牵挂。

不到一年的时间内,雪龙号、雪龙2号相继搭载航天科技集团九院704所自主研发的大气探测激光雷达设备进行科考。

这是我国首次利用激光雷达对南极圈—赤道—北极圈航路气溶胶进行走航式连续观测,也是首次对南、北极圈实现跨季节连续观测,获得了丰富的多纬度、多季度、多类型气溶胶信息,填补了数据空白,受到用户高度评价。

据悉,极地气溶胶探测,对气象、海洋、环境保护等公益事业以及相关应用具有十分重要的科学价值和战略意义,可为全球气候变化研究、和平开发利用两极、生态治理保护等提供一手数据支撑,已成为世界主要发达国家关注的焦点和热点。

首次实现跨赤道两极海上气溶胶探测

“这台设备随船去了两极,在路上一直处于工作状态,相当于绕了地球一圈来收集气象数据。”704所研发中心19室主任赵一鸣表示。 2019年10月~2020年4月,704所的大气探测激光雷达受邀搭载雪龙号南极科考船,圆满完成了我国第36次南极科考任务。 2020年7月,704所激光雷达再次获邀搭载雪龙2号极地科考船,参与我国第11次北极科考任务。

据了解,这一圈走航式的科考之旅收集到的气象数据主要与气溶胶相关。简单来说,气溶胶就是悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统,其存在能够对全球气候变化带来直接影响。 “过去在海上和两极地区并没有直接观测的手段,所以开展这种跨赤道跨纬度带的气溶胶分布规律研究对全球气候变化研究至关重要。这也一直是各国研究的热点。”704所激光遥感专业负责人告诉记者。 据赵一鸣介绍,目前若要对大气污染物实现追踪,主要有两种方式:一种是通过模型追踪;另外一种是观测追踪,即用卫星等实时观测手段进行追踪。 但目前我国在对污染物进行模型追踪方面还不成熟,主要是因为缺乏完善的数据,导致无法构造数值模型。另一方面,虽然可以通过卫星来观测,但事实上,卫星的数据又不够丰富。 不到一年的时间内,704所的大气探测激光雷达从上海出发到南极再到北极,这期间获得了连续的大气数据,为海洋和大陆的大气交换研究提供了一手的科学资料

数月的海上漂流:颠簸、高盐、高湿

据介绍,随船的大气探测激光雷达采用1064纳米波长激光发射,探测距离超过15公里,距离分辨率15米,具备偏振探测、扫描探测能力,可提供消光系数、能见度等气象信息。 704所这款激光雷达的激光器、探测器等核心单机具备自主知识产权,技术水平已达到国际先进、国内领先水平。

■ 安装在科考船甲板上的雷达设备 雷达设备被安装在科考船的甲板上,相当于完全裸露在外界环境中,风吹雨淋都是家常便饭。因此,对于激光雷达而言,随船在海上漂浮数月,还要确保能够处于持续正常工作的状态,并不容易。 704所卫星导航部17室主任艾伦10多年前曾带着设备随科考船去往南极,一路上经历的各种困难和挑战令他至今记忆犹新:“科考船并不稳当,再加上几个月的高盐高湿环境,对人和光学设备而言,都要经受不小的考验。” 值得注意的是,完成南极圈—赤道—北极圈航路的是同一台设备,也就是说,这台设备连轴参加了两次极地科考之旅,相当于在海上无故障地连续服役了一年。

■在南极天鹅岭上空瞭望中俄两站 为确保这一圈科考之旅的顺利完成,704所克服周期紧、人员少等困难,除了对设备进行传统的防盐雾、特殊抗震等设计外,还做了特殊的气体防护,确保其激光器和光学舱不受到损害。 另外,为确保用户能够更加便捷、高效地操作设备,704所大气探测激光雷达设备团队经过不断努力,实现了对用户培训24小时就可以完全交付的速度。 “两三个小时安装完成后,基本上就可以开始使用了。这是我们最成熟的一套适用于海上的产品,整个设备已经经过10多年的迭代更新。”团队负责人表示。 通过两极科考的考验,704所激光雷达可靠性、环境适应性和数据完整率、准确性得到用户高度认可。这同时也是该所激光雷达专业又一次里程碑式成果,实现了产业化与科研探索的完美结合。

■在南极偶遇的阿德雷企鹅

珍贵石头背后的航天故事

走进704所南苑办公区,有一块特殊的石头映入眼帘,“南极石”3个大字格外醒目。石头上面镌刻着周恩来总理的“十六字方针”:严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失。

据悉,这份珍贵的礼物是为纪念704所在我国第24次南极科学考察活动中的突出贡献,由科考队赠送,记录了704所执行南极科考任务的责任与光荣。 极地科考项目任务艰巨,704所曾数次选派优秀青年技术骨干携带该所产品参加我国极地科学考察活动,人员及产品都经受了严峻的考验。 光荣的背后,是704所一批对技术和质量不懈追求、怀揣航天梦、强国梦的航天青年。 目前,团队研制的激光雷达在大气、植被、海洋等民用领域成功实现航天技术应用,填补国内相关领域空白。 在环境监测方面,激光雷达能够快速查找污染源,对污染事件进行24小时可视化监控,调取各方向、各时间段视频记录,做到随机抽查,助力环保执法机构对施工企业定量执法、精确执法。 未来,704所将继续用航天技术为我国海洋气象事业提供更多有力支撑。

责任编辑:lq

原文标题:从南极到北极,激光雷达助力“雪龙”立新功

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