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西安光学研究所三大仪器“法宝”助“嫦娥”

数读市场中国仪表网2008年02月20日 08:42人气:4264

 “嫦娥一号”成功发回的我国首张月球照片成了陕西人的骄傲。 

    是中国科学院西安光学精密机械研究所参加研制的三大“法宝”——CCD立体相机、干涉成像光谱仪、紫外月球敏感器组合件和中等精度星敏感器光学系统,帮助“嫦娥”完成了这一神圣使命。    近日,记者走进中国科学院西安光学精密机械研究所,对承担“嫦娥一号”有效载荷设备的科研人员也做了一次探密。

    “法宝”之一:CCD立体相机西安光机所赵葆常研究员(“嫦娥一号”有效载荷光学成像探测系统主任设计师)向记者介绍了“嫦娥一号”搭载的CCD立体相机的主要创新之处。通常情况下,立体影像是由两台或者三台相机从不同的角度拍摄而成,而“嫦娥一号”卫星有效载荷要求控制在140公斤以下,这就决定了卫星搭载的设备只能向小、轻、精的方向设计。在CCD立体相机的研制中,科研人员首次采用了一个大视场光学系统加一片大面阵CCD芯片的技术方案,用一台相机取代三台相机完成拍摄物的三维立体成像。而前不久日本发射的“月亮女神”探月卫星是使用了两台相机从前后两个视角观测月球表面。

    “嫦娥一号”卫星承担了我国第一次探月任务,目标定位是观测月球的整体概貌,所以CCD立体相机的分辨率在设计中将指标定为120米,月表成像宽度为60千米。赵葆常研究员告诉记者,相机的分辨率设计在120米而不是更高,不是我们的技术能力达不到,而主要考虑的是进行全月球的普查,不是局限于某个地方照一张相。在“嫦娥一号”成功发回我国首张月球照片后,还将由CCD立体相机拍摄发回月球两极的信息数据,届时人们可看到人类第一次拍摄的月球两极表面三维立体图像。卫星在轨运行为月球拍摄表面全貌一次所需时间约为地球上时间的27.3天,目前“嫦娥一号”基本上完成了月球表面四分之一的拍摄,近期将基本完成月球表面的全部拍摄项目,经数据信息处理后,人们将会一睹月球表面的全貌三维立体图像。

    “法宝”之二:干涉成像光谱仪用于探知月球上有哪几种主要矿物,矿物在全月球是怎么分布的。 

    “嫦娥一号”四大科学目标的第二项任务就是要分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点。完成这一探测任务的有效载荷分别为西安光机所研制的干涉成像光谱仪和兄弟单位研制的X射线谱仪和伽玛射线谱仪。在西安光机所,研发人员为记者解开了干涉成像光谱仪的用途之谜。干涉成像光谱仪是一种可以同时获取图像/光谱数据的光学遥感器。由于物质的属性与它的光谱有密切关系,当太阳光照射到月表后被漫反射,其不同的物质将呈现不同的反射光谱。干涉成像光谱仪就是利用了这一特征,在对月表目标进行推扫时通过采集每个地元(像元)的点干涉图,经处理后获得相应的点光谱图,再和已知的矿物典型多光谱序列图像进行比较后,就可以反演出月表被探测目标矿物的类型、含量及其分布信息。

    目前在干涉成像光谱技术研究领域,世界上仅有我国和少数几个发达国家掌握了它的设计和研制技术。科研人员在项目的研制中攻克了诸多技术难关,通过提高仪器动态范围、增加信号强度、改善像元响应的均匀性等技术创新,使该设备最大限度地满足了探月任务的需求。

    通过该设备我们可知道月球上有哪几种主要矿物,矿物在全月球是怎么分布的。而另外两种设备则是用来进行月球表面有用元素的探测,它可对月球表面14种可能有开发利用前景的重要元素的分布特点和规律进行探测。在此次探月中,干涉成像光谱仪将重点对月表四种主要矿物——辉石、斜长石、钛铁矿、橄榄石的含量与分布进行探测分析,并通过对矿物和元素的分析确定月球表面主要岩石月海玄武岩、高地岩石和克里普岩的分布情况,为进一步了解和研究月球的地质历史以及开展月球资源的开发利用提供宝贵的资料。

    “法宝”之三:紫外敏感器它的首次启用解决了卫星对月球的定向问题。

    在这次探月工程中,西安光机所承担了“嫦娥一号”紫外月球敏感器光机组合件和中等精度星敏感器光学系统的研制任务。据该系统设计师苗兴华研究员介绍,星敏感器是对卫星进行姿态控制及测量的重要仪器设备。在“嫦娥一号”之前,我国发射的各类卫星均为地球卫星。地球因有均匀的红外辐射,因此用红外地球敏感器就可以直接获得卫星对地球的姿态。但对于月球而言,由于月球外围没有大气二氧化碳辐射带,卫星的姿态控制就不能用常规的红外地球敏感器来测量。为了使“嫦娥一号”顺利奔月,我国自主研制了紫外月球敏感器,解决了卫星对月球的定向问题。紫外敏感器通过拍摄图片,解析和测量卫星相对于星球的姿态,并可同时观测多个天体目标,是理想的月球敏感器。

    据悉,到目前为止,国际上也只有少数国家在地面试验过紫外敏感器,没有在卫星上真正应用过。“嫦娥一号”紫外敏感器的成功研制使我国在该领域的研究达到了国际先进水平。

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