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看清月亮背面是个“技术活”

来 源:中国科学报
发布时间:2019-01-25
日前,我国“嫦娥四号”完成了人类首次月球背面软着陆和巡视探测,中科院光电所副研究员钟杰告诉《中国科学报》, “嫦娥四号”地形地貌相机与“嫦娥三号”面临不同挑战,这次是首次从月表拍下月球背面的地貌。
 
钟杰介绍,地形地貌相机分辨率为400万像素,主要由相机箱体、光学镜头和电子学组件等部分构成,安装在着陆器顶端的相机指向机构(云台)上。当“嫦娥四号”在月球表面实现软着陆并完成两器分离后,相机指向机构进行展开,此时地形地貌相机距月球表面2.5米。
 
地形地貌相机能够随云台做偏航360度和俯仰±60度的二维转动,可以获得月球背面着陆区360度高分辨率全景图像。地形地貌相机另一个重要的科学任务,是跟踪拍摄巡视器的状态。通过这一抹“深情”注视,能够获取巡视器图像,是对巡视器最直观的观测。
 
相机的图像传感器对环境要求较严格,温度过高会导致信噪比降低,影响图像品质。然而,月球表面热环境恶劣,月球赤道日下点附近温度可以达到120℃以上。记者了解到,“嫦娥四号”地形地貌相机经过热控后的工作温度为-40℃~55℃。在科研人员努力下,地形地貌相机在70℃的高温实验中性能不下降,电子噪声出现微小增加。同时为了更好地完成科学任务,在“嫦娥四号”执行任务中,地形地貌相机工作一段时间后将择机进行“避暑”。
 
除此之外,地形地貌相机还需应对深空宇宙射线辐射、剧烈的振动和冲击等力学环境。在“嫦娥四号”任务中,地形地貌相机对探测器的各种响应特性参数进行了分析和试验摸底,开展了彩色定标、平场定标和绝对辐射定标;针对月平面以上为全黑背景的场景特征,进行了自动曝光算法设计。
 
那么,有效载荷地形地貌相机与有效载荷全景相机在科学任务上有何不同?
 
“主要性能基本一致。”除此之外,钟杰表示,前者是单目相机,安装于着陆器上,扮演着“踞点”的角色;后者双目,从结构到1.5米的离地高度都是要尽可能模拟人眼观察效果,并会带着人类的好奇心前往巡视区探索,如哨兵一般,在到达预设位置后,还要“回眸”,与地形地貌相机“对视”。
 
钟杰认为,此次任务比较大的一个挑战在于,2013年完成“嫦娥三号”任务后,科研人员投入到各个不同的科研项目中,时隔4年重新启动,人员、物资、设备都要从“战备”状态重新进入“战斗”状态,“体能”“战术”都经历了调整。“但好在新团队成员中有七八成都是4年前的合作伙伴,所以磨合期很短,三四个月团队就进入稳定状态。严慎细实的工作作风,也在团队内部得到秉承。”
 
2009年“嫦娥三号”地形地貌相机立项时,钟杰还是光电所助理研究员,十年走来,他认为自己与团队一起,收获了丰富的人生经历。“嫦娥地形地貌相机就像是光电所在深空领域的发令枪,随着项目的进展,各团队成员的岗位职责在变化,能力也在增强。”