太空拍照“神器”定格嫦娥五号“拥抱”瞬间

中国青年报客户端北京12月6日电(陈葆娟 中青报中青网记者 邱晨辉)12月6日,经历了6天的孤独绕月之旅,嫦娥五号的轨道器作为此次探月任务的短驳车,终于等来了他的乘客——上升器,两者“拥抱”完成我国首次月球轨道的交会对接。

与载人航天弱撞击型周边式对接机构不同,嫦娥五号采用了抱爪式对接机构方案,从“太空之吻”变成“月轨相拥”。由中国航天科技集团八院控制所研制的红外及可见光双谱段监视相机,定格了发生在38万公里之外高速运行的两器相拥瞬间。

(嫦娥五号轨道器与上升器完成交会对接的“相拥”瞬间。国家航天局供图)

2020年7月27日,我国首个火星探测器天问一号在飞离地球约120万公里处回望地球,并拍下了在茫茫宇宙中相互守望的地月合影照片,一时间刷爆网络,拍下这张刷屏照片的即为中国航天所研制的光学导航敏感器。

八院控制所光学导航专家郑循江说,不同于探火任务中光学导航敏感器的“副业”发挥,此次嫦娥五号所搭载的双谱段监视相机是一款专业拍照“神器”,其主业就是记录轨道器与上升器的交会对接过程,以及轨道器与着陆器和上升器组合体分离、与支撑舱分离过程。

“与以往任务中所搭载的监视相机不同的是,这款相机集红外和可见光成像于一体,红外和可见光传感器经各自的光学镜头获取图像数据,根据遥控指令要求在六种拍摄模式中自由切换,实现红外和可见光分别或同时成像。”郑循江说。

他打了一个比方:这就相当于给普通相机加了一个夜视仪,即使交会对接过程发生在月背,接受不到太阳光照,地面人员也可以通过红外相机记录下全过程。

当然,在有光照的情况下,如果光照太强,可见光相机拍摄的照片也存在过曝的可能,影响观看效果。有了这款双谱段相机,则可确保全天时、全光照条件下记录交会对接过程,也可以让公众从红外镜头的视角看看太空。

郑循江说,为了给公众呈现高清画质,该相机可见光谱段分辨率达到2048×2048;红外谱段选用非制冷长红外波段,分辨率为640×480。但要在此基础上实现红外和可见光同时成像,数据量巨大,研制初期产品始终无法达到任务要求的帧频。项目团队通过优化DSP软件架构和算法,提升了软件运行效率。

满足清晰度和帧频要求后,数据传输又成了大问题。如同一条单行道要承载双倍的车流,拥堵在所难免:要么会发生事故而停滞不前造成“死机”,要么就要经过漫长的等待让车辆逐次通行。

该设备主管设计师王峰表示,要避免这种情况,就要从图像、视频压缩技术上下功夫。

项目团队经过多种尝试,最终选择了先插值再压缩的方式,对不同工作模式采取不同的压缩算法,利用帧间相关性,提高图像质量,最后将压缩后的数据下传至地面解压恢复。

海量数据的处理,让元器件选用也颇费周章。王峰说,宇航级器件可靠性高,但运行速度相对较低,无法满足任务需求。项目团队经综合考量,选用了工业级高性能8核处理器来提升数据处理速度,开展了抗总剂量辐照、热环境、力学环境、静电放电等专项试验,以确保产品的可靠性。

“这些不仅有效控制了研制成本,也给‘寸土寸金’的轨道器留出了更多运输有效载荷的空间,我们探索了一条引民用技术为航天产品所用的技术途径,同时也为时下热门的商业航天和传统航天产品降本增效提供了思路。”王峰说。

来源:中国青年报客户端