專家解讀：15公里，嫦娥二號(hào)如何“勘月”

　　核心提示

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在近月點(diǎn)對(duì)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(shí)間內(nèi)實(shí)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(xiàng)設(shè)備又將面臨哪些考驗(yàn)？

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

　　降軌拍攝虹灣，探測(cè)結(jié)束后將再回環(huán)月圓軌道

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

　　該軌道為橢圓形，遠(yuǎn)月點(diǎn)大約距離月球100公里左右。近月點(diǎn)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(shí)30分左右，“嫦娥二號(hào)”順著這個(gè)橢圓軌道，飛到虹灣上空，在最近為15公里高度時(shí)，衛(wèi)星上搭載的新研制CCD立體相機(jī)對(duì)虹灣區(qū)進(jìn)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(hào)”對(duì)虹灣預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行的第一次拍攝。

　　此后，按計(jì)劃，1—2天探測(cè)結(jié)束后，衛(wèi)星要在月球背面再自主變軌，重新回到長(zhǎng)期繞月運(yùn)行軌道，也就是100公里的環(huán)月圓軌道，繼續(xù)開(kāi)展技術(shù)試驗(yàn)和科學(xué)探測(cè)。

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

　　據(jù)專家介紹，衛(wèi)星在這個(gè)100公里乘15公里軌道上飛的時(shí)間越長(zhǎng)，相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)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(cè)，加上考慮地月日的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、衛(wèi)星的本身能源等因素，才確認(rèn)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(hào)”探路，成像分辨率大大提高

　　專家介紹說(shuō)，月球虹灣并非是海灣，并沒(méi)有水，實(shí)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(kāi)闊。

　　國(guó)防科工局探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁介紹說(shuō)，嫦娥三號(hào)探測(cè)器計(jì)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(duì)這么一塊南北100公里、東西300公里的區(qū)域預(yù)先進(jìn)行高分辨率成像。

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

　　在“嫦娥一號(hào)”任務(wù)中，衛(wèi)星攜帶的CCD立體相機(jī)能夠自主完成成像。“嫦娥二號(hào)”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(bào)生成CCD相機(jī)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(yàn)精密定軌技術(shù)

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

　　嫦娥二號(hào)衛(wèi)星CCD立體相機(jī)主任設(shè)計(jì)師、中科院西安光機(jī)所研究員趙葆常說(shuō)，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星上的CCD立體相機(jī)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(shí)，相機(jī)采用多條線陣CCD對(duì)同一目標(biāo)多次曝光的原理，以滿足分辨率提高對(duì)相機(jī)曝光控制要求。這是我國(guó)相關(guān)載荷研制技術(shù)的一個(gè)重要突破。

　　西安衛(wèi)星測(cè)控中心有關(guān)專家介紹說(shuō)，在這個(gè)月球虹灣成像軌道上，由于衛(wèi)星環(huán)月運(yùn)行遠(yuǎn)月點(diǎn)高度只有100公里，近月點(diǎn)高度最低只有15公里，月球不均勻引力對(duì)軌道攝動(dòng)影響較大。此外，月球表面有很多高山，最高的山峰達(dá)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(duì)精密定軌技術(shù)是一次實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，需要提高軌道改進(jìn)和預(yù)報(bào)精度，為高質(zhì)量的月球探測(cè)任務(wù)提供保障。

　　衛(wèi)星和月球始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相機(jī)曝光時(shí)間極短

　　趙葆常說(shuō)，從“嫦娥二號(hào)”擔(dān)負(fù)的對(duì)月成像任務(wù)來(lái)說(shuō)，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(xì)的月球圖，用于科學(xué)研究。而對(duì)虹灣區(qū)進(jìn)行1.5米分辨率的成像，主要是為了給“嫦娥三號(hào)”探路。

　　專家介紹說(shuō)，衛(wèi)星對(duì)月球的成像跟相機(jī)拍靜物不同。月球衛(wèi)星對(duì)月成像時(shí)，照相機(jī)和被拍的目標(biāo)始終是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。尤其是此次嫦娥二號(hào)衛(wèi)星對(duì)月拍攝時(shí)，衛(wèi)星離月球很近，衛(wèi)星在飛行，月球在自轉(zhuǎn)。相機(jī)在飛過(guò)一片區(qū)域時(shí)，曝光時(shí)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(guò)1米的時(shí)間，我們算了大概是0.6毫秒，因此曝光時(shí)間就不能大于0.6毫秒，否則照下來(lái)的照片分辨率就達(dá)不到要求。”趙葆常說(shuō)，曝光時(shí)間太短，當(dāng)目標(biāo)很暗的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致曝光不足，照片出來(lái)后什么也看不到。

　　相比之下，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星相機(jī)分辨率是120米，曝光時(shí)間就可以長(zhǎng)一些，相當(dāng)于飛過(guò)120米的這段時(shí)間。

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