Ball Aerospace衛(wèi)星監(jiān)測溫室氣體排放通過關(guān)鍵的設(shè)計審查

一種用于監(jiān)測甲烷排放的敏感新型紅外光譜儀有望在2022年發(fā)射，因?yàn)樾l(wèi)星制造商Ball Aerospace公司表示正在進(jìn)行“MethaneSAT”的制造部分和組裝環(huán)節(jié)。在初步設(shè)計審查僅僅六個月后， Ball說，它現(xiàn)在已經(jīng)成功地完成了對飛船飛行系統(tǒng)及其先進(jìn)光譜儀的關(guān)鍵設(shè)計審查，這個光譜儀將整合到一顆350千克重的衛(wèi)星上。

MethaneSAT組織是非營利性Environmental Defense Fund (EDF)的一個附屬機(jī)構(gòu)，該組織表示一旦發(fā)射紅外光譜儀，這個光譜儀將收集”有用且可操作”的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會顯示甲烷每周在什么地方以及多少甲烷進(jìn)入地球大氣層。EDF稱，“它將精確測量全球石油和天然氣基礎(chǔ)設(shè)施排放的甲烷，這種精確度是以前從未達(dá)到的。而且成本只占大多數(shù)太空任務(wù)成本的一小部分?！?/p>

MethaneSAT

低排放量檢測至關(guān)重要

EDF認(rèn)為基于光學(xué)的設(shè)備是其戰(zhàn)略目標(biāo)中的關(guān)鍵工具。其戰(zhàn)略目標(biāo)是到2025年將石油和天然氣工業(yè)的甲烷排放量減少45%，并且在2050年將這種排放量減少到接近零。甲烷雖然不像二氧化碳?xì)怏w那樣對氣候變化產(chǎn)生大的影響，但甲烷是一種特別強(qiáng)效的溫室氣體。EDF解釋道：“檢測低的甲烷排放量也至關(guān)重要，因?yàn)閾?jù)估計石油和天然氣基礎(chǔ)設(shè)施排放的甲烷中，大約有一半來自小的排放源，而且這些排放源基本上都是不明來源?！?/p>

這個組織說MethaneSAT將能夠檢測出低至十億分之二的甲烷濃度的變化。結(jié)合新的數(shù)據(jù)分析方法，即小像素點(diǎn)和開闊的觀察視野，就能大面積的量化小型排放源。這將補(bǔ)充現(xiàn)有的甲烷監(jiān)測衛(wèi)星儀器，比如European Space Agency的“TROPOMI”，這些儀器目的是查明全球的主要?dú)怏w來源。

俄亥俄州的甲烷“井噴”

去年，TROPOMI上的多光譜成像儀器能夠量化俄亥俄州一家天然氣廠大量甲烷”井噴”，這家天然氣廠在三周內(nèi)泄漏超過50千噸氣體。據(jù)稱，MethaneSAT更精細(xì)的分辨率能力還可以將大的氣體排放源精確定位到400米之內(nèi)。EDF 說：“現(xiàn)有衛(wèi)星可以識別大型甲烷源并量化大面積排放區(qū)域，也可以在較小的、高度針對性的地點(diǎn)進(jìn)行敏感測量。與當(dāng)今的全球測繪儀不同，MethaneSAT 將提供更高的靈敏度和更好的空間分辨率，其觀察視野比點(diǎn)源系統(tǒng)要寬得多?！?/p>

Ball的“民用航天”業(yè)務(wù)部副總裁兼總經(jīng)理Makenzie Lystrup表示：“我們與客戶以及其他合作伙伴密切合作，共同開發(fā)極高敏感度的傳感器技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)對發(fā)現(xiàn)以前無法檢測到的甲烷排放有著關(guān)鍵作用?！?/p>

識別甲烷排放源

MethaneSAT光譜儀將監(jiān)測紅外短波段 (SWIR)的一小段光譜，甲烷能夠強(qiáng)烈吸收這部分光譜，從而能夠發(fā)現(xiàn)超低濃度的氣體。Ball說：“在低地軌道運(yùn)行的衛(wèi)星將精確的定位，測量和識別地球上任何地方甲烷源的排放。這項(xiàng)任務(wù)預(yù)計將于2022年啟動以支持 EDF 承諾的目標(biāo)，那就是到 2025 年以前實(shí)現(xiàn)減少石油和天然氣甲烷排放量45%的目標(biāo)?！?/p>

MethaneSAT主任Cassandra Ely補(bǔ)充說：“由于氣候變化的緊迫性，這是一項(xiàng)復(fù)雜的、具有技術(shù)挑戰(zhàn)性的任務(wù)。集中的設(shè)計流程確保了我們可以快速啟動項(xiàng)目。最后它會是一個比我們想象還強(qiáng)大的測量工具。由于我們合作伙伴的不懈努力，現(xiàn)在MethaneSAT正從設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)移到裝配車間。”

閃光模式對海洋成像

據(jù)EDF稱，衛(wèi)星的主要目標(biāo)是調(diào)查全球80%的石油和天然氣業(yè)務(wù)，測量幾乎所有已知和未知來源的甲烷總排放量，以及確定較大排放源的位置和規(guī)模。雖然地球大部分陸地將提供足夠的太陽光反射進(jìn)行成像，但當(dāng)涉及到定位近海排放時，還有一個額外的復(fù)雜因素。這意味著MethaneSAT將使用所謂的”閃光模式”對海洋進(jìn)行成像，將傳感器直接指向閃光地點(diǎn)，閃光之處是太陽輻射被地球的表面直接反射的地方。但限制因素包括冬季在高緯度地區(qū)進(jìn)行測量，因?yàn)榇藭r陽光不足而無法獲取有用的數(shù)據(jù)。

在2018年4月在一次TED演講中，EDF總裁Fred Krupp提出了這個想法， 從那時MethaneSAT得到New Zealand政府的支持，去年New Zealand政府承諾向這個非營利性項(xiàng)目提供1600萬美元。