人人都知道海水是咸的，那么在覆蓋占地球面積70%的海洋里，不同位置的海水會(huì)一樣咸嗎？要回答這個(gè)問題，最簡單的方式就是用遙感衛(wèi)星去“看”。然而，這件說起來簡單的事，卻困擾了科技界很多年。

　　11月14日，我國首顆專門探測海水鹽度的衛(wèi)星成功發(fā)射升空。當(dāng)天凌晨4點(diǎn)，作為海洋鹽度探測衛(wèi)星（以下簡稱鹽度星）主被動(dòng)微波探測儀的負(fù)責(zé)人，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱空間中心）研究員劉浩攜團(tuán)隊(duì)早早地抵達(dá)發(fā)射現(xiàn)場。

　　現(xiàn)場目睹火箭升空之后，劉浩迅速回到技術(shù)區(qū)，盯著電腦屏幕顯示的遙測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，主被動(dòng)微波探測儀的反射面天線在入軌后不久逐步展開到位。劉浩長舒一口氣：“成了！”

　　海洋鹽度的高低，會(huì)影響到海水的密度，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)大洋環(huán)流。同時(shí)，它也能顯示出全球氣候變化及全球水循環(huán)變化，是“天然的雨量計(jì)”。正因如此，探測海洋鹽度一直是國際科學(xué)界的期待。

　　海洋面積覆蓋廣，要想知道全球海洋鹽度的時(shí)空分布情況，最便捷的方式是用遙感衛(wèi)星。而遙感衛(wèi)星的“眼睛”，就是能獲取海面微波輻射亮溫?cái)?shù)據(jù)的微波輻射計(jì)。

　　測量海洋鹽度的衛(wèi)星對(duì)微波輻射計(jì)的要求極高?！吧囝^都嘗不出來的細(xì)微差別，衛(wèi)星卻要通過微波輻射計(jì)從天上辨別出來。假設(shè)衛(wèi)星探測鹽度的的精度要達(dá)到0.1個(gè)實(shí)用鹽度標(biāo)準(zhǔn)（psu），就相當(dāng)于微波輻射計(jì)要能分辨1千克海水中含有35克鹽還是34.9克鹽?！眲⒑普f。

　　不僅如此，微波輻射計(jì)的觀測還面臨著風(fēng)浪、溫度、地面微波信號(hào)等干擾?！肮物L(fēng)時(shí)平靜的海面就變得粗糙，海水的溫度時(shí)刻變化，這些都會(huì)使海面的微波輻射不停地變動(dòng)。而且，地面的通信雷達(dá)等信號(hào)也會(huì)對(duì)輻射計(jì)產(chǎn)生干擾。”劉浩說。

　　正因?yàn)殡y度大，從全世界范圍來看，海洋鹽度的遙感測量技術(shù)，幾乎都是海洋動(dòng)力遙感測量中最后一個(gè)被解決的技術(shù)難題。“大家都是先解決海洋溫度、海面風(fēng)場、海面高度等遙感測量技術(shù)，最后考慮怎么解決鹽度的遙感探測問題?！眲⒑普f。

　　2006年，在歐洲空間局（ESA，簡稱歐空局）訪學(xué)的劉浩深度了解了歐空局正在研制的土壤水分和海洋鹽度衛(wèi)星（SMOS）。彼時(shí)，SMOS團(tuán)隊(duì)正在攻關(guān)對(duì)鹽度輻射敏感度最高的L波段輻射計(jì)。與此同時(shí)，美國也開啟了L波段輻射計(jì)相關(guān)預(yù)研工作。

　　那一刻，劉浩意識(shí)到“將來我們國家可能會(huì)需要這項(xiàng)技術(shù)，我們得往前走一步”。

　　2007年，劉浩回到空間中心，立即向中國科學(xué)院提出項(xiàng)目申請。在中國科學(xué)院的支持下，他們以40萬經(jīng)費(fèi)為基礎(chǔ)，開始了“L波段干涉式綜合孔徑輻射計(jì)”關(guān)鍵技術(shù)研究，目標(biāo)是研制出能穩(wěn)定、高精度探測出海洋鹽度變化的輻射計(jì)。

　　2011年，國家相關(guān)部委開始組織海洋鹽度探測載荷的預(yù)先研究，發(fā)布了“主被動(dòng)聯(lián)合探測鹽度計(jì)預(yù)先研究”項(xiàng)目申報(bào)指南（以下簡稱指南）。此時(shí)，歐洲于2009年發(fā)射的SMOS衛(wèi)星沒能達(dá)到預(yù)期的0.1psu的探測精度，美國在2011年發(fā)射的寶瓶座（Aquarius）衛(wèi)星也存在空間分辨率及視場幅寬偏低的問題。

　　有了此前的技術(shù)積累，劉浩團(tuán)隊(duì)主動(dòng)揭榜。在項(xiàng)目申請書中，他們詳細(xì)分析了歐美衛(wèi)星的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種綜合了雙方優(yōu)點(diǎn)又與二者皆不相同的新技術(shù)路線。

　　SMOS衛(wèi)星任務(wù)采用的是二維綜合孔徑輻射計(jì)技術(shù)，用諸多的小型接收天線來替代傳統(tǒng)的大孔徑天線，通過小天線之間的兩兩組合干涉測量形成虛擬的大天線口面，無需機(jī)械掃描就能獲得高分辨率、寬視場成像。美國Aquarius則采用了相對(duì)保守的大孔徑天線技術(shù)體制，同時(shí)加入了同頻段的主動(dòng)遙感手段，以校正海面粗糙度的影響。

　　劉浩團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的輻射計(jì)將綜合孔徑技術(shù)和大孔徑天線結(jié)合起來，在利用綜合孔徑技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率、寬視場成像的同時(shí)，利用大孔徑反射面保證了輻射計(jì)具有足夠的分辨鹽度變化的靈敏度，并且可以同時(shí)兼容多頻主被動(dòng)的探測。

　　“九游娛樂會(huì)員有什么福利？”

　　2015年，按照設(shè)計(jì)思路，劉浩團(tuán)隊(duì)順利突破關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到指南提出的技術(shù)指標(biāo)，做出原理樣機(jī)。

　　從外觀看，與SMOS衛(wèi)星探測器的“Y”字型、Aquarius衛(wèi)星探測器的“大圓盤”都不同，鹽度星的主被動(dòng)微波探測儀就像是推土機(jī)上的“大鏟子”。

　　被動(dòng)接收微波輻射信號(hào)的饋源系統(tǒng)呈“一”字型排在“大鏟子”斜下方，其上不僅有對(duì)鹽度輻射靈敏的L波段微波輻射計(jì)，還有對(duì)海表溫度等輻射敏感的C、K波段微波輻射計(jì)，三種頻段的接收器組成了綜合孔徑輻射計(jì)。不僅如此，與輻射計(jì)饋源平行排布的還有主動(dòng)發(fā)射微波信號(hào)、用于海面粗糙度校正的L波段數(shù)字波束形成散射計(jì)饋源，由此實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)探測技術(shù)的結(jié)合。

　　“九游娛樂會(huì)員有什么福利？”

　　當(dāng)原理樣機(jī)實(shí)實(shí)在在地出現(xiàn)在空間中心懷柔園區(qū)的大院里時(shí)，國家也有了關(guān)于鹽度星的新規(guī)劃。

　　2015年，我國《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》（以下簡稱規(guī)劃）中提到，要“創(chuàng)新觀測體制和技術(shù)，填補(bǔ)高軌微波觀測、激光測量、重力測量、干涉測量、海洋鹽度探測、高精度大氣成分探測等技術(shù)空白”，并將“海洋鹽度探測”列為“遙感衛(wèi)星科研任務(wù)”之一。

　　看到規(guī)劃的那一刻，劉浩知道，儲(chǔ)備了這么多年的技術(shù)，終于到了一顯身手的時(shí)候。

　　2020年，鹽度星正式批復(fù)立項(xiàng)。劉浩團(tuán)隊(duì)的技術(shù)儲(chǔ)備得到了評(píng)審專家的認(rèn)可。也正是從那時(shí)開始，劉浩切身體會(huì)到航天任務(wù)與科研探索之間的本質(zhì)不同。

　　科研探索允許不確定性，但航天任務(wù)不行?！把兄瞥鲈順訖C(jī)后，我們發(fā)現(xiàn)，作為一個(gè)idea（想法），它是可行的，但是，當(dāng)它進(jìn)入工程型號(hào)階段，要做成真實(shí)載荷時(shí)，我們必須保證所有細(xì)節(jié)都是確定的?！眲⒑普f。

　　對(duì)于劉浩團(tuán)隊(duì)來說，“全新的載荷”意味著“巨大的工作量”。他們和衛(wèi)星工程團(tuán)隊(duì)一起，把系統(tǒng)層面、分系統(tǒng)層面、單機(jī)層面等所有環(huán)節(jié)全部“掰碎”，一步步給出技術(shù)準(zhǔn)確無誤的實(shí)驗(yàn)論據(jù)。

　　“每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)不是我認(rèn)為‘可以’就可以，我們必須用一系列數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證?！眲⒑普f。

　　僅輻射計(jì)的標(biāo)定工作，就曾讓他們絞盡腦汁。他們設(shè)計(jì)的主被動(dòng)微波探測儀，系統(tǒng)復(fù)雜度史無前例的“高”——輻射計(jì)有3個(gè)頻段、56個(gè)接收通道，散射計(jì)有10個(gè)收發(fā)通道。相比而言，SMOS衛(wèi)星只有單個(gè)頻段、69個(gè)接收通道，Aquarius衛(wèi)星也只有單個(gè)頻段、3個(gè)輻射計(jì)接收通道和3個(gè)散射計(jì)收發(fā)通道。

　　“載荷在軌運(yùn)行要想實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定觀測，就要每10毫秒對(duì)接收機(jī)做一次定標(biāo)?！眲⒑普f，輻射計(jì)上設(shè)計(jì)了內(nèi)部定標(biāo)源，接收機(jī)需要在星上開關(guān)的控制下，不停地切換狀態(tài)，一會(huì)兒要接受定標(biāo)源的標(biāo)定，一會(huì)兒又要接收海洋鹽度輻射，而且接收輻射信號(hào)時(shí)還不能收到內(nèi)部定標(biāo)源的信號(hào)干擾。

　　為了驗(yàn)證輻射計(jì)內(nèi)部定標(biāo)源和定標(biāo)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了專門用來檢驗(yàn)定標(biāo)系統(tǒng)的熱真空定標(biāo)試驗(yàn)系統(tǒng)。將除了反射面天線之外的整個(gè)載荷和兩個(gè)亮度溫度不同的定標(biāo)源放進(jìn)了大型真空罐，并且為定標(biāo)源加上滑動(dòng)軌道。這樣，定標(biāo)源就可以滑動(dòng)著為每一個(gè)輻射計(jì)饋源通道進(jìn)行定標(biāo)。

　　整個(gè)載荷在真空罐模擬的真實(shí)在軌環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行了半個(gè)月。劉浩帶著團(tuán)隊(duì)24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，終于趕在計(jì)劃節(jié)點(diǎn)前完成了多項(xiàng)定標(biāo)測試，獲取了載荷發(fā)射在軌后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理所需要的定標(biāo)參數(shù)。

　　11月14日早晨，當(dāng)劉浩目送鹽度星升空時(shí)，工程研制過程中的一幕幕在他的腦海中閃動(dòng)。在發(fā)射場技術(shù)區(qū)，他看著反射面一層層打開，懸著的心終于放下了。

　　當(dāng)天，他給在歐空局工作的好友、SMOS計(jì)劃載荷總工程師曼努埃爾馬丁內(nèi)拉（Manuel Martin-Neira）發(fā)了一封郵件：“中國鹽度星發(fā)射成功了！”

　　曼努埃爾在回復(fù)給劉浩的郵件中評(píng)價(jià)：“據(jù)我所知，主被動(dòng)微波探測儀將是全球第一個(gè)在軌運(yùn)行的多頻段干涉式綜合孔徑微波輻射計(jì)。我為你們感到驕傲！”

　　11月17日，主被動(dòng)微波探測儀載荷正式開機(jī)。18日下傳的數(shù)據(jù)顯示，載荷工作穩(wěn)定，原始數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

　　如今，劉浩團(tuán)隊(duì)正在抓緊時(shí)間進(jìn)行載荷的在軌調(diào)試，預(yù)計(jì)2025年初夏向用戶交付。每天，從空間中心懷柔園區(qū)回中關(guān)村的路上，劉浩時(shí)不時(shí)會(huì)透過通勤班車的車窗望向天空。他有了一種別樣的感受：“天上，我們的載荷正飛著呢！”

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