看科学家如何捕捉“一丝光”

5月9日，科研人员注视着卫星运行模拟数据大屏幕。

5月9日，科研人员手持“地质一号”卫星模型进行讲解。

5月9日，“地质一号”科研团队成员有条不紊地推进各项科研任务。

工程师在进行“地质一号”星箭对接作业。（天仪研究院供图）

5月17日12时12分，朱雀二号改进型遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空，将包含“地质一号”在内的6颗卫星顺利送入预定轨道，飞行试验任务获得圆满成功。（蓝箭航天供图）

2024年12月28日，“地质一号”卫星在长春完成实验室定标。（天仪研究院供图）

5月9日，科研人员在位于中国地质大学（武汉）未来城校区的卫星地面系统数据中心内工作。“地质一号”传送回来的数据将在这里进行处理。

5月9日，科研人员在卫星地面系统数据中心机房里工作。

湖北日报全媒记者 张歆

“五、四、三、二、一，点火！起飞！”5月17日12时12分，酒泉卫星发射中心，随着指挥员发出点火口令，朱雀二号改进型遥二运载火箭腾空而起，以完美的曲线冲向湛蓝的天空，将我国第一颗地质行业卫星“地质一号”送入太空。

为何要设计这款卫星？它的用途如何？技术难点在哪里？湖北日报全媒记者专访了“地质一号”卫星工程总师、中国地质大学（武汉）教授王力哲。

海量文献“筛”出26个光谱段

“地质行业提升信息化、智能化的当务之急是研制高光谱地质卫星。‘地质一号’卫星就是面向地质行业重大需求，在这一背景下攻关研制的。”王力哲说。

3年前，团队开启地质行业卫星技术攻关，以满足行业使用为目标，研制遥感卫星，首当其冲就是找到地质行业急需的光谱段。

不同物质，如矿物、植物、气体等，反射或吸收特定的光谱，形成特殊的光谱曲线，好比“光指纹”，找到物质特定的“光指纹”，科学家就能辨认它们。

王力哲介绍，团队阅读海量文献，统计筛选了地质行业使用的光谱段，在可见光到短波红外光谱范围中，确定了26个光谱段，其中包括10个短波红外谱段。

短波红外能满足地质探测中岩性、矿物、重金属、蚀变信息等要素探测功能需求，如用1604纳米波长可识别镍金属、2334纳米波长可识别矿物丰度等等，在地质行业的运用深入且广泛，但相比可见光，短波红外的波长长、能量低，感光元件捕捉极为困难。

当前，遥感卫星使用的光谱段多为可见光，短波红外光谱供应极少，尤其是1800纳米至2500纳米区域，能量弱，捕捉难度大，即便成功捕捉，信号也常常受到水汽、云层等干扰，信噪比低，成像模糊。

创新技术捕捉“一丝光”

如何成功捕捉？

当下，遥感卫星的光谱相机常采用光栅分光技术，在不同谱段“截取”光，成本高昂，且每个谱段的谱宽均匀一致。

“采用光栅分光，可见光能量强，谱宽10纳米（相当于头发丝直径的六千分之一）可被感光元件捕获，但短波红外谱段的谱宽同样为10纳米时，就难以捕捉、成像模糊。”王力哲解释，谱宽过窄，感光元件就难以捕捉，谱宽过宽，就不具备特定谱段的识别意义。

团队创新研究思路，采用超窄带镀膜技术，针对地质需求与谱段特性，不同谱段采用了10纳米、20纳米、30纳米、40纳米等针对性精细设计，波长长、能量弱的谱段谱宽稍宽，成功捕捉到一丝丝“微弱的光”，还解决了不同谱段间的信号相互串扰问题，提升了信噪比和成像质量。

有得用更要用得起

“有得用”也不够，更得让行业“用得起”。

团队进一步科研攻关，通过多相机传感器共镜头、轻量化材质使用、卫星平台高度集成等技术实现了100千克量级的卫星轻小型化，有效降低了“地质一号”卫星的制造与发射成本。

据悉，研究团队正在加速“地质二号”卫星的研发工作，进一步加快推进小型高光谱地质环境资源卫星星座构建与组网，实现空间连续性光谱和时间分辨率提升，为遥感地质行业的发展贡献力量。

（本版图片除署名外，均由湖北日报全媒记者 柯皓 通讯员 张浩 焦思勤 摄）