據(jù)嫦娥一號拍回的照片制作的月球儀。
嫦娥二號CCD立體相機(jī)構(gòu)成圖
昨日21時(shí)27分，北京航天飛行控制中心對嫦娥二號衛(wèi)星實(shí)施了降軌控制，約18分鐘后，衛(wèi)星成功進(jìn)入了遠(yuǎn)月點(diǎn)100公里、近月點(diǎn)15公里的試驗(yàn)軌道，為在月球虹灣區(qū)拍攝圖像做好準(zhǔn)備。
據(jù)北京航天飛控中心副總工程師周建亮介紹，降低運(yùn)行軌道是為了讓衛(wèi)星更進(jìn)一步接近月球，以便對月球虹灣區(qū)進(jìn)行高分辨率成像。
據(jù)悉，從27日開始，嫦娥二號衛(wèi)星上的CCD相機(jī)將為月球虹灣區(qū)進(jìn)行拍照。
據(jù)新華社
嫦娥二號昨天晚上成功降軌。本報(bào)記者在采訪中了解到，按照計(jì)劃，嫦娥二號CCD立體相機(jī)今日將開始對月球進(jìn)行第一、第二、第三次試成像。
10月24日，嫦娥二號衛(wèi)星上的CCD立體相機(jī)正式開機(jī)，目前工作狀態(tài)良好。這臺(tái)相機(jī)由中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所研制，將拍出迄今為止世界上最清晰的月球圖。
西安光機(jī)所是中國科學(xué)院在西北地區(qū)最大的研究所之一。嫦娥一號探月時(shí)，就搭載了該所研制的CCD立體相機(jī)，拍出了我國首張?jiān)虑驁D。在嫦娥二號任務(wù)中，西安光機(jī)所繼續(xù)承擔(dān)了為嫦娥二號造一臺(tái)嶄新“看月眼”的任務(wù)。
西安光機(jī)所所長趙衛(wèi)介紹說，嫦娥二號CCD立體相機(jī)的科學(xué)目標(biāo)與嫦娥一號衛(wèi)星CCD立體相機(jī)相同，即獲取全月三維立體圖像。月球科學(xué)家用相機(jī)獲得的科學(xué)數(shù)字圖像研究月球的地質(zhì)學(xué)構(gòu)造，繪制地質(zhì)學(xué)綱要圖（專題圖），進(jìn)而研究月球的起源、演化、月面歷史等，對月球的研究還可以對太陽系的起源與演化提供具有重要價(jià)值的信息。
嫦娥二號探月的工程目標(biāo)，是為嫦娥三號登月的著陸區(qū)“虹灣”地區(qū)進(jìn)行成像，以保證嫦娥三號落得安全。“虹灣”是月球上的一個(gè)地理名稱，它是一個(gè)很大的區(qū)域，總體上是一塊大平原，但反射率很低。我國的探月分為“繞、落、回”三步走，嫦娥三號將進(jìn)入“落”的階段，因此要求嫦娥二號衛(wèi)星為嫦娥三號衛(wèi)星的著落器與月球車在“虹灣”地區(qū)尋找一塊非常平坦、幾乎沒有什么障礙物的小區(qū)域，以保障嫦娥三號“落”得安全。
這意味著，嫦娥二號衛(wèi)星CCD立體相機(jī)不僅要大大提高顯示月表細(xì)節(jié)的能力，還要求能在兩種不同的軌道上工作。西安光機(jī)所在研制中，采用了多種創(chuàng)新技術(shù)，令CCD立體相機(jī)的拍攝能力一再提高。按照西安光機(jī)所研制相機(jī)的實(shí)際指標(biāo)，嫦娥二號CCD立體相機(jī)將拍出地面分辨率達(dá)到7米的全月面立體圖像，成為迄今為止世界上最清晰的全月圖。
CCD立體相機(jī)什么樣？
CCD立體相機(jī)的整體由三部分構(gòu)成：相機(jī)、電纜、電控箱，全重約24公斤。相機(jī)的外形像一個(gè)箱子上面架了個(gè)大漏斗。“漏斗”的壁是遮光罩，擋住妨礙拍攝的光線；“漏斗”與箱子的連接處是鏡頭，兩只“眼睛”通過它往外“看”；箱子里就是兩個(gè)CCD探測器，也就是CCD立體相機(jī)的最核心部分。這一部分重約10公斤。
相機(jī)通過電纜與電控箱連接，電控箱不僅要負(fù)責(zé)為相機(jī)供電，還擔(dān)當(dāng)著衛(wèi)星與CCD立體相機(jī)的“中介”作用。衛(wèi)星通過它向相機(jī)發(fā)送指令，它同時(shí)還是一個(gè)大容量存儲(chǔ)器，CCD探測器將光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號，再通過電控箱轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過數(shù)轉(zhuǎn)天線將其傳送回地面。
兩只“眼睛”既拍“近照”又拍“特寫”
嫦娥二號CCD立體相機(jī)主任設(shè)計(jì)師趙葆常研究員介紹說，嫦娥二號的CCD立體相機(jī)有兩個(gè)CCD探測器，這是CCD立體相機(jī)的核心器件，能把光學(xué)鏡頭透過的光信號變成電信號，然后通過信號處理輸出到衛(wèi)星上的存儲(chǔ)設(shè)備。它們相當(dāng)于兩只“眼睛”，不過是透過同一個(gè)鏡頭來“看”月球。
趙葆常研究員說，如果只有一只“眼睛”，那拍到的圖像只是一個(gè)平面，月球上物體的高度是判斷不出來的，最少需要兩只“眼睛”從不同角度看同一個(gè)地方，才能判斷出它的高度。嫦娥一號CCD立體相機(jī)上有三只“眼”，嫦娥二號變成兩只。趙葆常研究員說，這是因?yàn)槿?ldquo;眼”獲取的數(shù)據(jù)量太大，會(huì)給傳輸帶來不便，而且經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，嫦娥二號兩只“眼”得到的圖像比嫦娥一號更為清晰。
嫦娥一號CCD立體相機(jī)的地元分辨率為120米，在其獲得的立體圖像中，只有尺寸比較大的目標(biāo)才能顯現(xiàn)出來。以月坑為例，只有直徑大于360米的月坑在圖像上才顯示出像芝麻粒大的一個(gè)像，尺寸小于360米的月坑就顯示不出來了。
而嫦娥二號衛(wèi)星CCD立體相機(jī)要求大大提高顯示月表細(xì)節(jié)的能力。按照要求，嫦娥二號衛(wèi)星在100公里的圓軌上要有獲取地面分辨率優(yōu)于10米的全月面立體圖像的能力，而按照西安光機(jī)所研制的CCD立體相機(jī)的實(shí)際指標(biāo)，這一數(shù)字可達(dá)到7米。迄今為止，國際上還沒有分辨率優(yōu)于10米的全月立體圖像。
由于要為嫦娥三號著陸區(qū)探路，嫦娥二號還要降到15公里×100公里的橢圓軌道上為“虹灣”拍照。在這一高度，CCD立體相機(jī)具有獲取地元分辨率優(yōu)于1米左右的局域超高分辨率立體圖像的能力。在對“虹灣”地區(qū)的成像中，只要月坑直徑大于3米都可以清晰發(fā)現(xiàn)。
研制難度大大高于美國同類相機(jī)
與其他國家衛(wèi)星搭載的CCD立體相機(jī)相比，嫦娥二號CCD立體相機(jī)有何長處？趙葆常研究員表示，從衛(wèi)星整體來看，嫦娥二號和美國2009年發(fā)射的月球探測軌道衛(wèi)星各有千秋，只是拍照的方法不同，但是CCD立體相機(jī)的研制難度比美國的要大得多。
美國發(fā)射的月球探測軌道衛(wèi)星上搭載了兩臺(tái)相機(jī)，一臺(tái)中窄視場相機(jī)，只針對特定地區(qū)成像；一臺(tái)寬視場相機(jī)，它的地元分辨率很低，用于獲取月球立體圖像。而嫦娥二號的CCD立體相機(jī)則“身兼二職”。
趙葆常研究員說，用一臺(tái)相機(jī)能同時(shí)獲取月球赤道附近高反照的“強(qiáng)光目標(biāo)”與月球極區(qū)低反照的“弱光目標(biāo)”的三維立體圖像，這在技術(shù)上十分困難，很難做成。因?yàn)檫@要求照相機(jī)必須有非常大的動(dòng)態(tài)范圍，美國學(xué)者把它分做兩臺(tái)，自然就會(huì)容易得多。而要做到用一臺(tái)相機(jī)同時(shí)完成“近景”和“特寫”，除了有非常大的動(dòng)態(tài)范圍外，還有非常高的探測靈敏度，這都是在研制中需要解決的技術(shù)難題。
用嫦娥二號的照片
做個(gè)更精密的月球儀
嫦娥一號拍回的月球照片對光機(jī)所的科研人員是一個(gè)巨大的鼓舞，嫦娥二號任務(wù)對他們也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。趙衛(wèi)說，從2008年9月接到任務(wù)到2009年8月交付，不到一年時(shí)間，西安光機(jī)所研制出4臺(tái)CCD立體相機(jī)，最后一臺(tái)搭載到了嫦娥二號上。而一般研制出這樣一臺(tái)相機(jī)都需要兩到三年。
在采訪中，趙衛(wèi)拿出一個(gè)月球儀做演示，這個(gè)月球儀就是根據(jù)當(dāng)初嫦娥一號拍攝回來的照片制作的，比例為1∶1千萬。“嫦娥二號的照片回來后，我們要做一個(gè)更精密的。”趙衛(wèi)信心滿滿地說。
本組稿件除署名外由記者孫佳
實(shí)習(xí)生 陳才鵬 采寫
圖片由記者王幼健攝