今天晚上,嫦娥二號衛星將開始降軌,從100公裡×100公裡的圓軌道進入100公裡×15公裡的橢圓軌道,並開始為月球拍特寫,為嫦娥三號的著陸點提供高精度成像。
本報記者日前獨家專訪中國科學院西安光學精密機械研究所(西安光機所)所長、嫦娥二號CCD相機的主任設計師趙葆常,就CCD相機的技術攻關難題、相機本身的設計以及整個研制團隊的努力過程進行了全程揭秘。
不到一年研制出嫦娥二號CCD相機
《法制晚報》(以下簡稱"FW"):西安光機所是什麼時候接到CCD相機的研制任務的?
趙葆常(以下簡稱"趙"):要說到此次任務,首先要提到嫦娥一號,因為嫦娥一號裡面也有一台CCD相機,也是我們西安光機所造的。
嫦娥一號上的CCD相機分辨率達到120米,而美國的只有108米。嫦娥一號CCD相機拍攝的全月圖,也比美國拍攝的清楚很多。
當時有人說中國的照片是假的,是抄美國的。不是,就是中國人照出來的。這就是有了力量,你說話的口氣也硬了。你如果做不出來,再說什麼也沒用。現在可能很多人都知道,原來月球上那麼多坑坑窪窪的地方。月球就是那樣,千瘡百孔。
2008年8月8日,國防科工局通知我們,嫦娥二號CCD相機還是由西安光機所造。我們2009年8月5日交的相機。
FW:網上有一種說法,那就是咱們的相機分辨率不如美國的。
趙:我們的是120米,他們的是108米,這兩個分辨率是差不多的。
這兩個圖像在北京天文台的展示大廳有,一面牆上貼的是美國的克萊門汀的照片。這我還得說,裡面有很多天窗,就是沒有照到的地方,我們的照片全。
對我們的農林地球衛星來說,探測森林面積,它不需要太高的地面分辨率,幾十米、一百米就夠了。你不可能一平方米一平方米看樹木長得怎麼樣,沒必要。
月球也是這樣。你是為粗略地看,120米就夠了。大坑你也能看到,大山你也看得到,但是更細的東西你就看不到了。
FW:當時是不是有人提出來要跟日本的比一下?
趙:對,當時說跟日本的比一下。日本的指標提出的分辨率是10米,但是日本的設計師說在南北緯70度之間能拿到立體圖像,兩極做不到。
我這個相機分辨率是10米,也就是說南北緯70度之間分辨率為10米,我可以保證拿到立體圖像,兩極我做不到。
印度也做了一個立體的相機。印度的地面分辨率是變的,到赤道時5米,到其余的地方時160米,因為赤道光強。兩極太陽光是平照過去的,光弱。
直徑超3米坑地圖都可顯示
FW:與嫦娥一號相比,在軌道方面,嫦娥二號要飛得更低,近月點最近處將要達到15公裡,那麼嫦娥二號CCD相機與嫦娥一號CCD相機比,更獨特的創新之處在哪呢?
趙:根據當時的條件,CCD相機的地面分辨率為120米。上級給嫦娥二號下達的任務,是在100公裡的軌道上時,能獲得整個月球的照片,且分辨率優於10米。等相機做成後,實際的分辨率能達到7米,分辨率越小肯定越好。
而在100公裡×15公裡的橢圓軌道上,也就是在"虹灣"區照相時,上級下達的任務是地面分辨率優於1.5米,現在媒體普遍報道的也是這個數據。實際上,現在嫦娥二號CCD相機在100公裡×15公裡的橢圓軌道上時,地面分辨率能做到1米。也就是說超指標完成。
FW:那是我們在"虹灣"區能拍到的最高分辨率嗎?對我們的工作有哪些方面的幫助?
趙:嫦娥二號這個事情做成之後,可以給地質學家提供更精細的立體圖像,這樣可以讓他們對月球地質構造的研究更細,這是第一個目的。
第二個目的是我們馬上要發射嫦娥三號了,嫦娥三號有一個著陸車,要降到月球上去。現在國防科工局已經選了著陸點,選在"虹灣"區。
"虹灣"是月球上的一個地理名稱,相當於我們說的墨西哥灣。那裡沒有水,沒有海。北面和西面都是被山包圍的,東南面是比較開闊的那麼一塊地方。那塊地方基本上是比較平的,但是那個區域很大。
嫦娥三號需要嫦娥二號選一個著陸的地方,那個地方是相當平坦的。就是不要掉到坑裡面去,掉到坑裡面就出不來了嘛。所以就有那麼一個任務,嫦娥二號在"虹灣"區是要在1米拿到照片。
FW:嫦娥二號拍出來的照片分辨率那麼小,你能直觀地告訴我們是什麼樣的嗎?
趙:嫦娥一號地面分辨率是120米,在我們的地圖上能看到的小芝麻點直徑大概都是360米。
嫦娥二號"虹灣"區成像是個什麼概念呢?直徑大於3米的一個坑,在地圖上可以顯示出來。
地圖上沒有顯示出來的,就是直徑比3米還小的坑,只要直徑比3米大,地圖上都可以顯示出來。
"虹灣"區的圖像完全是為了給嫦娥三號鋪路,所以,7米的分辨率是為地質學家提供更加詳細的月球圖。"虹灣"
區的圖像、7米的全月圖像就是我們的目標。
我國進入軍事偵察相機行列
FW:分辨率是1米多,還不是太精確,最精確的大致是多少?
趙:從軍事偵察來講,高分辨率要求達到1米以下。但是要看軌道高度。比如說中低軌五六百公裡的軌道高度,要求軍事應用的話,做到1米的分辨率。軌道低點,可以做到1米、0.5米,包括0.3米。
美國人的最高分辨率是0.1米,那個很難做,但是他們做到了。但一般來講1米、0.5米基本上就夠用了,就軍事偵察相機來講,我們國家也跨入這個行列了。
FW:那知識產權都是我們自己的嗎?換句話說,相機都是我們自主研發的嗎?
趙:當然,全是西安光機所造的。相機上用的光學玻璃也都是國產的。國產玻璃跟國外玻璃比起來價錢差20倍。嫦娥一號、嫦娥二號用國產玻璃,花費不到20萬,但是從國外買則需要100多萬。與國產玻璃相比,不得不承認國外玻璃有優點,其化學穩定性比較好,不容易腐蝕。
玻璃腐蝕的時候,表面有發毛的,就像起霧那麼一種東西,能降低拍照的清晰度。但是玻璃是因為表面被空氣衝擊了,才會腐蝕。
如果將它包裹住,空氣接觸不到,也就不會腐蝕了。再說在太空中沒有空氣,就更沒關系了。所以國產玻璃的缺點是可以避免的。但CCD不是國產的,CCD是從加拿大的達索公司買的。
現在的CCD基本上都是國外的。我們正在和其他單位合作,希望能把它國產化。
FW:所裡多少人參加了這個研發工作?
趙:加到一塊,科技組的有30多人,再加上檢測加工的技術工人,有100多人。要是此次拍照順利進行,我們將可以獲得7米的全月圖像,到現在為止國際上沒有。
嫦娥一號時期獲取的120米的全月圖像,到目前為止,全世界範圍內我們的還是最全的,別的國家包括美國都沒有將整個月球的圖片全拿下來。
嫦娥一號是繞了500多圈,最終得到了全月圖像。
咱們獲取7米的全月圖像在技術上要比嫦娥一號時期獲取120米的全月圖像難很多。
本版文/記者李莎莎
嫦娥二號歷程
10月1日衛星發射
10月2日第一次紫外導航/拍圖、第一次中途修正
10月3日第二次中途修正
10月4日X頻段試驗
10月5日第三次中途修正
10月6日第一次近月制動
10月7日平面機動
10月8日第二次近月制動(未實施)
10月9日第三次近月制動(未實施)
10月11日衛星環月(側飛模式)
10月14日降落相機成像試驗、有效載荷設備開機
10月24日CCD相機成像試驗
10月26日4×10N推力器軌控方式降軌進入100公裡×15公裡軌道
10月27日第一次試成像(激光)、第二次試成像(地速)、第三次試成像(行頻)、進入“虹灣”區成像(16圈)
10月29日控制衛星進入近月點為15公裡的橢圓軌道