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嫦娥四号用“西安眼”带你看到月背上的五星红旗
2019-01-11 19:16  来源:西安新闻网     /  编辑:张莹

 记者 窦翊明 摄

    2019年1月11日16时47分,北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出嫦娥四号着陆器和巡视器的互拍影像图。图像清晰显示了着陆器和巡视器周围的月背地形地貌,两器上的五星红旗分外醒目。这次让大家看到该图像的是嫦娥四号上的全景“西安眼”。

    360度旋转 毫米级分辨率 可实现无穷远清晰成像

    此次,嫦娥四号巡视器上搭载的两台全景相机全是出自于中国科学院西安光学精密机械研究所(以下简称:西安光机所)。作为嫦娥三号的“姊妹星”,嫦娥四号全景相机肩负拍摄着陆器彩色照片的重任。“两台完全一致的相机安装在玉兔二号巡视器桅杆上,就好像人的双眼,通过类似人眼‘双目立体视觉’原理,实现对巡视区月面的立体成像。”据西安光机所月球与深空探测技术研究室主任、全景相机主任设计师杨建峰介绍,依靠桅杆的左右旋转和上下俯仰,全景相机可实现从巡视器脚下到月球边际无穷远的清晰成像,并且在近距离观测时可实现毫米量级的空间分辨率。再通过图像拼接及立体反演,得到月面巡视区的全景三维立体图像,以实现巡视区月表的三维光学成像、地形地貌研究、撞击坑调查与研究、月球地质构造解析和综合研究的科学目标。

    “安装在桅杆上的全景相机可以实现360度旋转,能够实现最大范围的成像。”杨建峰称,由于地面与月球的环境不同,在月球上对于相机的要求更为苛刻,相机在月球上工作,有可能正对着太阳造成逆光,也有可能是顺光、侧光等,不同光的条件下,相机里面的曝光量差别非常大。嫦娥一号、嫦娥二号的曝光只有几档,而嫦娥三号、嫦娥四号的曝光档数增加了不少,这就保证了无论在哪种光照条件下,相机都能拍到最清晰的画面。

记者 窦翊明 摄

    经历高温考验 给相机戴上散热“安全帽”

    众所周知月球上的温度高达150℃。身处如此高温的环境下,如何能够保证相机正常工作呢?杨剑锋说,全景相机的创新之一就是能够经受高温的考验。

    “为了让全景相机不惧怕高温,研发人员也是费劲了心思,最终使用了一种特殊的膜贴在了相机的头上,相当于给相机戴了一个‘安全帽’,可以起到很好的散热作用。”据介绍,除了来自月球表面的高温,全景相机在桅杆上来回转动自身会有功耗,也会产生很大的热量,有了这个“安全帽”,相机就能够保持在15℃左右的环境下,即便面对150℃的高温,也会安然无恙。

    保证国旗颜色不失真 反复试验成立色谱研究室

    杨建峰介绍称,嫦娥一号、嫦娥二号以及中国深空探测前期的相机全是黑白的,“此次我们使用的是彩色相机,在同样分辨率的情况下,彩色成像是黑白成像数据量的四倍”。 杨建峰感慨道:“国旗的颜色很鲜艳,在月球上面对国旗拍照时,需尽可能呈现出的画面逼真。

    在月球拍照远没有在地面上拍照那么简单。“我们都知道在地球上,人之所以能看到物体,是因为光的反射。”杨建峰介绍说,在地面上由于大气的散射,自然环境下光照到大气中,通过散射会形成一些光照特性。而在月球上,按现在来说是没有大气的,太阳光打在上面不会散射效应,这种情况下,拍下来的照片会是什么样子是未知的。

    为了保证照片颜色不失真,西安光机所专门成立了色谱研究室,就是要让相机在没有大气的环境下也能够拍到色彩逼真的图片,保证照片里国旗颜色的本真。“我们不仅在地面、在真空状态下反复试验,还曾跑到沙漠中去做色谱实验,最终交上了满意的“答卷”。

    

记者 窦翊明 摄

    从10公斤到650克 全景相机成功“瘦身”

    自探月工程一期以来,西安光机所月球与深空探测技术研究室先后承担了嫦娥一号CCD立体相机和干涉成像光谱仪、嫦娥二号CCD立体相机、嫦娥三号全景相机和月基光学望远镜的研制工作。此次,玉兔二号巡视器上搭载的两台全景相机,每一台的重量仅为650克,与嫦娥一号、嫦娥二号上的相机相比,可谓是成功“瘦身”。

    “对于月球和深空探测来说,所使用的器件当然是保证性能的前提下,体量越轻便越好。”杨建峰介绍道,嫦娥一号上搭载的CCD立体相机当时体型较大,重量大约在25公斤,嫦娥二号的时候,相机的重量减到了20公斤。“到嫦娥三号、嫦娥四号的时候,我们就要给相机做个‘大瘦身’,直接从公斤级降到了克数上。”杨建峰告诉记者,除了相机的材质要选择越来越轻的之外,最主要的是要将一些电子器件集成化程度提高,经过团队反复试验、论证,最终将嫦娥三号、嫦娥四号上全景相机的体重降至了650克。杨建峰说,以后随着使用较轻的钛镁合金做材料,嫦娥五号、六号上的相机体重还会进一步减轻。(记者 关颖)

来源:西安新闻网   编辑:张莹

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