中国碳卫星身负光荣使命，在节能减排刻不容缓的形势下，为了达到《巴厘路线图》的“三可”量化减排目标（可测量、可报告、可核查）和相应的计量方法，各国政府都迫切希望科学家们能拿出切实可行的测量方法和技术，为全球碳循环的研究提供可信的数据支持。要在全球和区域尺度获取碳循环研究所需的CO2通量信息，星载CO2探测技术成为“嗅碳”的首要突破点，然而极大的技术难度使目前全球仅有两颗卫星在轨工作。
一颗是日本于2009年成功发射的温室气体观测卫星“呼吸”号（GOSAT）卫星，另一颗是美国2014年发射的OCO-2卫星。
碳卫星实现大气温室气体探测是基于大气吸收池原理，CO2、O2等气体在近红外至短波红外波段有较多的气体吸收，形成特征大气吸收光谱，对吸收光谱的强弱进行严格定量测量，综合气压、温度等辅助信息并排除大气悬浮微粒等干扰因素，应用反演算法即可计算出卫星在观测路径上CO2的柱浓度。
通过对全球柱浓度的序列分析，并借助数据同化系统的一系列模型计算，可推演出全球CO2的通量变化（单位时间通过单位面积的CO2总量），这正是碳循环研究的核心数据基础。
要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率CO2探测仪。
CO2探测仪采用大面积衍射光栅对吸收光谱进行细分，能够探测2.06µm、1.6µm、0.76µm 三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，如此高的分辨率在国内光谱仪器的研制上尚属首次。一个好汉三个帮，在主载荷之外，碳卫星的另一台载荷——多谱段云与气溶胶探测仪，可以用来测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确反演CO2浓度剔除干扰因素。
CO2探测仪采用三通道光栅光谱仪的方案，选用一块Si-CCD探测器和两块MCT制冷探测器接收3个波段的高光谱分辨率光谱辐射信号，由指向反射镜、望远镜、分束器、三个光栅光谱仪和星上定标组成，0.76μm、1.61μm和2.06μm共3个谱段，分别对大气中的O2和CO2痕量气体进行观测，提供大气温室气体的精细光谱测量结果。
CO2探测仪核心的技术指标和难点就是要同时实现高光谱分辨率和高辐射分辨率，这就如同检查人的指纹，普通仪器只看得到纹理，而CO2探测仪可以把指纹放大一百倍，精细的测量每条指纹的宽度和深度。
多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”，但千万别小看它，它可能会给我们带来很多意想不到的收获。
在碳卫星立项论证时，云与气溶胶探测仪只规划了0.38μm、0.67μm、0.87μm、1.64μm四个光谱通道，但随着地面应用系统的不断论证，希望仪器能够增加1.375μm探测通道，并在0.67μm和1.64μm波段实现0°、60°、120°三个方向的偏振测量功能。为了获取更加丰富的科学数据，载荷研制单位克服困能，重新对仪器进行了设计，按照应用系统的需求增加了相应的探测通道。