紅白相間的雪龍2號科考船在藍(lán)色海水中穿行，向著極地進(jìn)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)枴⒀?號相繼搭載航天科技集團(tuán)九院704所自主研發(fā)的大氣探測激光雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行科考。

這是我國首次利用激光雷達(dá)對南極圈—赤道—北極圈航路氣溶膠進(jìn)行走航式連續(xù)觀測，也是首次對南、北極圈實(shí)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(bǔ)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(hù)等公益事業(yè)以及相關(guān)應(yīng)用具有十分重要的科學(xué)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(hù)等提供一手?jǐn)?shù)據(jù)支撐，已成為世界主要發(fā)達(dá)國家關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。

首次實(shí)現(xiàn)跨赤道兩極海上氣溶膠探測

“這臺設(shè)備隨船去了兩極，在路上一直處于工作狀態(tài)，相當(dāng)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(dá)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(wù)。 2020年7月，704所激光雷達(dá)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(wù)。

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(guān)。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(guān)重要。這也一直是各國研究的熱點(diǎn)。”704所激光遙感專業(yè)負(fù)責(zé)人告訴記者。 據(jù)趙一鳴介紹，目前若要對大氣污染物實(shí)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(shí)時觀測手段進(jìn)行追蹤。 但目前我國在對污染物進(jìn)行模型追蹤方面還不成熟，主要是因?yàn)槿狈ν晟频臄?shù)據(jù)，導(dǎo)致無法構(gòu)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(shí)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(dá)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(xué)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(dá)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(dá)的激光器、探測器等核心單機(jī)具備自主知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)水平已達(dá)到國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平。

■ 安裝在科考船甲板上的雷達(dá)設(shè)備 雷達(dá)設(shè)備被安裝在科考船的甲板上，相當(dāng)于完全裸露在外界環(huán)境中，風(fēng)吹雨淋都是家常便飯。因此，對于激光雷達(dá)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(dǎo)航部17室主任艾倫10多年前曾帶著設(shè)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(dāng)，再加上幾個月的高鹽高濕環(huán)境，對人和光學(xué)設(shè)備而言，都要經(jīng)受不小的考驗(yàn)。” 值得注意的是，完成南極圈—赤道—北極圈航路的是同一臺設(shè)備，也就是說，這臺設(shè)備連軸參加了兩次極地科考之旅，相當(dāng)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(shè)備進(jìn)行傳統(tǒng)的防鹽霧、特殊抗震等設(shè)計(jì)外，還做了特殊的氣體防護(hù)，確保其激光器和光學(xué)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(shè)備，704所大氣探測激光雷達(dá)設(shè)備團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷努力，實(shí)現(xiàn)了對用戶培訓(xùn)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(shè)備已經(jīng)經(jīng)過10多年的迭代更新。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示。 通過兩極科考的考驗(yàn)，704所激光雷達(dá)可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和數(shù)據(jù)完整率、準(zhǔn)確性得到用戶高度認(rèn)可。這同時也是該所激光雷達(dá)專業(yè)又一次里程碑式成果，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化與科研探索的完美結(jié)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(jìn)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(yán)肅認(rèn)真、周到細(xì)致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失。

據(jù)悉，這份珍貴的禮物是為紀(jì)念704所在我國第24次南極科學(xué)考察活動中的突出貢獻(xiàn)，由科考隊(duì)贈送，記錄了704所執(zhí)行南極科考任務(wù)的責(zé)任與光榮。 極地科考項(xiàng)目任務(wù)艱巨，704所曾數(shù)次選派優(yōu)秀青年技術(shù)骨干攜帶該所產(chǎn)品參加我國極地科學(xué)考察活動，人員及產(chǎn)品都經(jīng)受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。 光榮的背后，是704所一批對技術(shù)和質(zhì)量不懈追求、懷揣航天夢、強(qiáng)國夢的航天青年。 目前，團(tuán)隊(duì)研制的激光雷達(dá)在大氣、植被、海洋等民用領(lǐng)域成功實(shí)現(xiàn)航天技術(shù)應(yīng)用，填補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白。 在環(huán)境監(jiān)測方面，激光雷達(dá)能夠快速查找污染源，對污染事件進(jìn)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(jī)抽查，助力環(huán)保執(zhí)法機(jī)構(gòu)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(shù)為我國海洋氣象事業(yè)提供更多有力支撐。

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