Ball Aerospace衛星監測溫室氣體排放通過關鍵的設計審查

一種用于監測甲烷排放的敏感新型紅外光譜儀有望在2022年發射，因為衛星制造商Ball Aerospace公司表示正在進行“MethaneSAT”的制造部分和組裝環節。在初步設計審查僅僅六個月后， Ball說，它現在已經成功地完成了對飛船飛行系統及其先進光譜儀的關鍵設計審查，這個光譜儀將整合到一顆350千克重的衛星上。

MethaneSAT組織是非營利性Environmental Defense Fund (EDF)的一個附屬機構，該組織表示一旦發射紅外光譜儀，這個光譜儀將收集”有用且可操作”的數據，數據會顯示甲烷每周在什么地方以及多少甲烷進入地球大氣層。EDF稱，“它將精確測量全球石油和天然氣基礎設施排放的甲烷，這種精確度是以前從未達到的。而且成本只占大多數太空任務成本的一小部分。”

MethaneSAT

低排放量檢測至關重要

EDF認為基于光學的設備是其戰略目標中的關鍵工具。其戰略目標是到2025年將石油和天然氣工業的甲烷排放量減少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氣體那樣對氣候變化產生大的影響，但甲烷是一種特別強效的溫室氣體。EDF解釋道：“檢測低的甲烷排放量也至關重要，因為據估計石油和天然氣基礎設施排放的甲烷中，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。”

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。結合新的數據分析方法，即小像素點和開闊的觀察視野，就能大面積的量化小型排放源。這將補充現有的甲烷監測衛星儀器，比如European Space Agency的“TROPOMI”，這些儀器目的是查明全球的主要氣體來源。

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泄漏超過50千噸氣體。據稱，MethaneSAT更精細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。EDF 說：“現有衛星可以識別大型甲烷源并量化大面積排放區域，也可以在較小的、高度針對性的地點進行敏感測量。與當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，其觀察視野比點源系統要寬得多。”

Ball的“民用航天”業務部副總裁兼總經理Makenzie Lystrup表示：“我們與客戶以及其他合作伙伴密切合作，共同開發極高敏感度的傳感器技術，這項技術對發現以前無法檢測到的甲烷排放有著關鍵作用。”

識別甲烷排放源

MethaneSAT光譜儀將監測紅外短波段 (SWIR)的一小段光譜，甲烷能夠強烈吸收這部分光譜，從而能夠發現超低濃度的氣體。Ball說：“在低地軌道運行的衛星將精確的定位，測量和識別地球上任何地方甲烷源的排放。這項任務預計將于2022年啟動以支持 EDF 承諾的目標，那就是到 2025 年以前實現減少石油和天然氣甲烷排放量45%的目標。”

MethaneSAT主任Cassandra Ely補充說：“由于氣候變化的緊迫性，這是一項復雜的、具有技術挑戰性的任務。集中的設計流程確保了我們可以快速啟動項目。最后它會是一個比我們想象還強大的測量工具。由于我們合作伙伴的不懈努力，現在MethaneSAT正從設計圖紙轉移到裝配車間。”

閃光模式對海洋成像

據EDF稱，衛星的主要目標是調查全球80%的石油和天然氣業務，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模。雖然地球大部分陸地將提供足夠的太陽光反射進行成像，但當涉及到定位近海排放時，還有一個額外的復雜因素。這意味著MethaneSAT將使用所謂的”閃光模式”對海洋進行成像，將傳感器直接指向閃光地點，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進行測量，因為此時陽光不足而無法獲取有用的數據。

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目提供1600萬美元。