專家解讀：15公里，嫦娥二號如何“勘月”

　　核心提示

　　嫦娥二號衛(wèi)星在近月點對月球虹灣區(qū)拍攝，衛(wèi)星在軌道上飛行，月球在自轉(zhuǎn)，如何能夠在極短的曝光時間內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)于1.5米分辨率的成像？衛(wèi)星的在軌飛行和各項設(shè)備又將面臨哪些考驗？

　　10月27日19時30分左右，北京航天飛行控制中心控制嫦娥二號衛(wèi)星上的CCD立體相機對月球虹灣區(qū)開展高分辨率成像，這是“嫦娥二號”第一次在15公里高度處對位于月球正面的虹灣地區(qū)進行拍攝。

　　降軌拍攝虹灣，探測結(jié)束后將再回環(huán)月圓軌道

　　26日21時左右，“嫦娥二號”按照測控系統(tǒng)預(yù)先注入的指令，在月球背面自主實施變軌，成功從原來的100公里環(huán)月圓軌道，降軌進入了月球虹灣成像軌道。

　　該軌道為橢圓形，遠月點大約距離月球100公里左右。近月點約為15公里，基本位于虹灣上空。

　　據(jù)北京航天飛行控制中心專家介紹，27日19時30分左右，“嫦娥二號”順著這個橢圓軌道，飛到虹灣上空，在最近為15公里高度時，衛(wèi)星上搭載的新研制CCD立體相機對虹灣區(qū)進行了優(yōu)于1.5米分辨率的成像，勘察地形地貌。這也是“嫦娥二號”對虹灣預(yù)選著陸區(qū)進行的第一次拍攝。

　　此后，按計劃，1—2天探測結(jié)束后，衛(wèi)星要在月球背面再自主變軌，重新回到長期繞月運行軌道，也就是100公里的環(huán)月圓軌道，繼續(xù)開展技術(shù)試驗和科學(xué)探測。

　　從降軌到回到原來100公里環(huán)月圓軌道，“嫦娥二號”將在虹灣成像軌道中一共飛行超過30圈，這也意味著衛(wèi)星將在15公里軌道處對虹灣幾十次成像。

　　據(jù)專家介紹，衛(wèi)星在這個100公里乘15公里軌道上飛的時間越長，相應(yīng)風(fēng)險越大。由于衛(wèi)星還要回到100公里圓軌道繼續(xù)做分辨率優(yōu)于10米的月球成像探測，加上考慮地月日的運動規(guī)律、衛(wèi)星的本身能源等因素，才確認讓衛(wèi)星飛這么多圈數(shù)。之后，衛(wèi)星將傳回虹灣區(qū)高分辨率圖像。

　　為“嫦娥三號”探路，成像分辨率大大提高

　　專家介紹說，月球虹灣并非是海灣，并沒有水，實際上是一塊類似平原的地方。該地區(qū)的北面和西面被山包圍，東南面較開闊。

　　國防科工局探月工程總設(shè)計師吳偉仁介紹說，嫦娥三號探測器計劃于2013年左右發(fā)射并在月球軟著陸，目前選擇在月球的虹灣區(qū)著陸，因此要對這么一塊南北100公里、東西300公里的區(qū)域預(yù)先進行高分辨率成像。

　　“嫦娥二號衛(wèi)星先去偵察一番，看選的這個著陸區(qū)地形怎么樣，是否便于降落等。”吳偉仁說。

　　在“嫦娥一號”任務(wù)中，衛(wèi)星攜帶的CCD立體相機能夠自主完成成像。“嫦娥二號”任務(wù)為滿足月球虹灣區(qū)高分辨率成像要求，則需要地面利用軌道預(yù)報生成CCD相機相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，并注入衛(wèi)星才能完成成像。

　　軌道低，環(huán)境復(fù)雜，考驗精密定軌技術(shù)

　　據(jù)介紹，與嫦娥一號衛(wèi)星上CCD立體相機的120米分辨率相比，嫦娥二號衛(wèi)星搭載的新研制的CCD立體相機分辨率大大提高。

　　嫦娥二號衛(wèi)星CCD立體相機主任設(shè)計師、中科院西安光機所研究員趙葆常說，嫦娥二號衛(wèi)星上的CCD立體相機在100公里的分辨率優(yōu)于10米，在15公里軌道處分辨率優(yōu)于1.5米，分辨率很高。

　　同時，相機采用多條線陣CCD對同一目標多次曝光的原理，以滿足分辨率提高對相機曝光控制要求。這是我國相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個重要突破。

　　西安衛(wèi)星測控中心有關(guān)專家介紹說，在這個月球虹灣成像軌道上，由于衛(wèi)星環(huán)月運行遠月點高度只有100公里，近月點高度最低只有15公里，月球不均勻引力對軌道攝動影響較大。此外，月球表面有很多高山，最高的山峰達到9000米高度，比珠穆朗瑪峰還要高。衛(wèi)星飛行的環(huán)境較為復(fù)雜。

　　軌道低，環(huán)境復(fù)雜，對精密定軌技術(shù)是一次實戰(zhàn)檢驗，需要提高軌道改進和預(yù)報精度，為高質(zhì)量的月球探測任務(wù)提供保障。

　　衛(wèi)星和月球始終處于運動狀態(tài)，相機曝光時間極短

　　趙葆常說，從“嫦娥二號”擔(dān)負的對月成像任務(wù)來說，100公里處拍攝的10米分辨率的照片，可以給地質(zhì)學(xué)家提供更加詳細的月球圖，用于科學(xué)研究。而對虹灣區(qū)進行1.5米分辨率的成像，主要是為了給“嫦娥三號”探路。

　　專家介紹說，衛(wèi)星對月球的成像跟相機拍靜物不同。月球衛(wèi)星對月成像時，照相機和被拍的目標始終是運動狀態(tài)。尤其是此次嫦娥二號衛(wèi)星對月拍攝時，衛(wèi)星離月球很近，衛(wèi)星在飛行，月球在自轉(zhuǎn)。相機在飛過一片區(qū)域時，曝光時間十分短暫，如何才能獲得清晰的月球圖像是一大難題。

　　“衛(wèi)星飛過1米的時間，我們算了大概是0.6毫秒，因此曝光時間就不能大于0.6毫秒，否則照下來的照片分辨率就達不到要求。”趙葆常說，曝光時間太短，當(dāng)目標很暗的時候，可能會導(dǎo)致曝光不足，照片出來后什么也看不到。

　　相比之下，嫦娥一號衛(wèi)星相機分辨率是120米，曝光時間就可以長一些，相當(dāng)于飛過120米的這段時間。

　　為此，CCD立體相機為月球拍特寫時，就用到相機的推掃成像技術(shù)，也就是先成一個條狀的像，然后由若干個條狀的像組成一個完整的圖像。(記者　余建斌）