嫦娥一号“三只眼睛”看月亮













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昨天9时41分,在北京航天飞行控制中心,中国国家航天局正式公布嫦娥一号卫星传回并制作完成的第一幅月面图像。从10月24日嫦娥一号起飞,到第一张清晰、高质的月图“亮相”,中国首次月球探测经过了扣人心弦的33天时间。


33天的时间。中国首颗探月卫星在“人类迄今首次探月成功率不足50%”的考量下,以近乎完美的方式迈出了“准时发射,准确入轨,精密测控,精确变轨,成功绕月,成功探测”的关键六步,精准、顺畅程度令世界瞩目。


“嫦娥”没在月球上看到桂花树和玉兔,但是她这一次睁眼看月,究竟看到了什么?


19轨图像拼成月面图


这幅“嫦娥”眼中的月球真实世界,位于月表东经83度到东经57度,南纬70度到南纬54度。图幅宽约280公里,长约460公里。图像覆盖区域属月球高地,分布有不同大小、形态、结构和形成年代的撞击坑。右上部的暗色区域,有玄武岩覆盖。


第一幅月面图像是如何获得的?中国科学院空间科学与应用中心主任吴季表示,这是由中科院西安光机所研制的CCD立体相机,在距离月球200公里的轨道上,通过线阵推扫的方式,拍摄了前视、中视和后视三个角度的图像,再通过定向天线传回北京密云和云南昆明的两个地面数据接收站,然后再由中科院国家天文台总部进行处理。


中国天文学会理事、上海天文学会副理事长卞毓麟教授解释:所谓线阵推扫,就是像扫描仪一样,嫦娥一号在轨道上每运行一周,就扫下一条图案。比如,在南纬70度这个起点,嫦娥一号CCD相机开机,开始扫第一条。隔两个小时零七分钟,等嫦娥一号又飞回到南纬70度这个点,再扫一条。根据公布的数据,嫦娥一号这次共扫了19轨,即19条图案,每一轨的月面幅宽60公里。为什么19轨60公里宽的图案,最后只拼成了宽约280公里的月图呢?“一轨跟另一轨不可能恰好严丝合缝地接上,之间有重合的地方。”卞毓麟说。


“从图片效果看,数字信号传输效果不错,还原拼接的技术也已经过关。”嫦娥一号卫星系统副总师孙辉先说,一开始扫的几轨,主要还是想看看效果,但第一轨就非常清楚,所以做月面图的时候就用了。图中右侧60公里宽的条带,就是CCD相机开机获得的第一轨图像。


第一张月面图覆盖了整个月球表面的1/300左右。与美国、日本等拍摄的图片相比较,效果到底如何?卞毓麟表示,日本的探月卫星“月亮女神”,离月球表面的距离只有100公里,拍摄的照片应该比嫦娥一号更清晰;美国在登月飞船阿波罗号上拍摄的图片分辨率就更高了。但距离月球远有远的好处,拍摄面积大,完成对整个月球表面全覆盖拍摄所需时间短,根据卫星工作轨道和月球自转周期,嫦娥一号搭载的CCD相机可在一个月左右对全月球表面覆盖一遍


带三只眼的“相机”


中国“月球摄影师”带了什么家伙到月亮上拍照?两件法宝:CCD立体相机和激光高度计。


首张月面图的“作者”就是CCD立体相机。这台由中科院西安光学精密机械研究所制造的相机,与老百姓手中的数码相机一样,原理也是CCD成像技术,但它的最大创新是,仅用单个相机便能拍摄三维立体影像。怎么拍的?该所科研人员介绍,这个相机虽然只有一个镜头,但通过利用特殊的光学原理,却相当于有三只“眼睛”,能同时从三个不同视角获取月表同一目标的3幅二维原始图像,通过合成,就能获得月表的三维立体影像,成像分辨率在200公里外也能达到120米左右。


今天,“月球摄影师”所带的另一件“宝贝”———激光高度计,也将按计划开机对月探测。据了解,它由中科院上海技术物理研究所和上海光学精密机械研究所联合研制。此后,激光高度计将在200公里高度的绕月轨道上长期工作,不分白天黑夜,每隔一秒向月球表面发射一束激光,完成对月面每个探测点的海拔高度测量,包括月球南北极的黑暗深坑。这些激光测高数据与CCD立体相机拍摄的高精度图像相叠加,就是一幅完整而精确的全月地形地貌图,可为今后月球车选择着落点提供科学依据。


由CCD相机和激光高度计构成的“月球摄影师”,还必须有一个庞大的地面平台加以支持。中科院空间科学与应用中心主任吴季介绍,在地球上,有两个数据接收站接收嫦娥一号传回的数据,一是位于北京密云的50米口径天线,二是位于云南昆明的40米口径天线,最后传送到中科院国家天文台总部进行处理。北京航天飞行控制中心专家介绍,月球图像数据传输条件较为复杂:首先,卫星必须处于国内测控站的喀什站、青岛站,以及地面应用站的密云站、昆明站“共视弧段”内,也就是说,这4个测站必须同时测控到卫星;其次,卫星必须处于定向天线工作模式,即天线在高速绕月过程中始终朝向地球,不断下传图像数据;另外,太阳与月面夹角必须大于15度,有一定光照时CCD相机才可工作、获得数据。


由于月球表面没有大气层遮盖,红外特征不敏感而只有紫外特征较敏感,卫星专门采用了“紫外线敏感器”对月球进行探测,为CCD相机和激光高度计正确定向、定位。据悉,这项技术是在国内首次使用,在世界上也只有少数几国掌握。


对谣传最有力的回击


昨天上午,北京航天飞行控制中心举行的发布会上,***总理指出:嫦娥一号卫星传回了首张清晰的可见光图片,标志着我国首次探月工程取得圆满成功。


“这张照片的公布,首先是对之前不负责任的谣传一个最有力的回击。”始终关注嫦娥一号工程的南京大学天文系教授萧耐园认为。自10月24日顺利升空以来,嫦娥一号的每一步都吸引着世人的关注,首张月面图的公布,有力支持了国家航天局此前发布的消息:嫦娥一号工作正常,状态良好,地面测控正常。


负责嫦娥一号有效载荷总体设计工作的高级工程师邓湘金说,首张月面图的质量和原来设计的想像中基本上一致,“工程成功的第一步已经通过这个照片体现出来了。”众所周知,嫦娥一号将实现四个科学目标:获取月球表面三维立体影像;分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点;探测月壤厚度;探测地球至月亮的空间环境。萧耐园教授认为,从现在的情况看,可以预见,“月球表面三维立体影像”完成不会太难。


萧耐园教授介绍,1959年10月,前苏联的月球三号探测器环绕到月球背面,拍摄了首批月球的背面照片。此后,全世界共发射了100多个月球探测器,也拍摄了不少月面图,但月球的图像中始终存在一些空白区,特别是南极和北极区域,至今没有完整的三维影像图。嫦娥一号的目标就是完成完整的三维立体影像图。这一立体影像,不仅与研究月球的基本构造和地貌单元有直接关联,也关系到嫦娥计划未来的进展———对于中国天文观测领域而言,很早就有在地球之外建立天文观测点的设想。嫦娥一号的图像拍清楚了,能为今后科学仪器“落”下月球,搭建月球望远镜选址做基础性准备。


编辑: 赵海涛 解放网-解放日报

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