科學也可以如此靠近

即將發射的火星軌道器相機性能如何?達到世界領先水平

2月
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2020

2020年2月03日12時 兵心

兵心

2020年是全球探測火星比較熱鬧的年份。這是因為火星和地球圍繞太陽轉動的速率很不一致。兩個本來軌道臨近的行星,同在太陽的共同一側而且比較貼近時,距離只有5500萬公里;而當兩者嚴重不同步,分別位於太陽的兩側時,則距離超過4億公里。因此探測火星需要兩者軌道比較同步,距離最近的窗口時間。2020年就有一個最近的窗口期。今年年初是,預計有至少4個新探測器要飛向火星,但是目前俄歐的項目又傳出因技術原因可能取消。俄方的火星探測器發射成功率不高也是全球公認,上次的螢火一號就是想搭俄方的便車卻一起跟著栽了。現在胖五系列終於可以堪當大任,因此不需要再求人。今年發射後,將實現一次性的繞落巡。所謂的繞,就是讓軌道器長期的圍繞火星旋轉,進行拍照和綜合探測。

落自然是成功軟著陸火星表面,並釋放自主高智能探測巡視車。目前美國在火星探測上達到過的最高水平也不過是繞落巡。至今任何國家都還沒有實現過從火星無人取樣返回,甚至從火星衛星取樣返回都沒有實現過。這也等於咱家的火星項目基本是一步達到國際先進水平。超過印度過去發射的,只拍攝了幾張模糊不清照片就不知所蹤的火星探測器不知道多少倍。這次咱家的火星軌道探測器上,將搭載高解析度相機。計劃圍繞火星穩定旋轉拍攝至少5年,甚至可能拍攝10年。因此完全可以把火星表面徹底拍攝一遍。其相機採用離軸三反系統。近地點軌道高度300公里,此時拍攝的火星地面物體解析度為0.6米。規劃光學視場角優於2°,同軌道高度等效幅寬最大。靜態傳遞函數優於0.35,畸變優於0.1%。

至今其他國家獲得火星地面影像的最高解析度不過0.8米。因此咱們的火星軌道器工作成功後,將獲得人類歷史上最清晰完整的火星表面全部信息,達到世界領先水平。火星的表面沒有海洋,而且地形比地球上更崎嶇。火星上最高的山相對於大部分火星表面平原的高差超過2萬米;而巨大的峽谷深度又超過了1萬米。因此詳細查清火星表面的所有地形地貌的細節,具有長遠的意義。火星軌道相機達到世界領先水平的前提,其實是地球軌道相機從2016年開始,就已經提前達到了世界領先水平。因為當年實現了離軸三反相機的上星,從此以後

一直保持國際超一流。現在不過是把地球領先,升級到了火星和地球同時領先。離軸三反相機是衛星專用相機,技術非常複雜。那麼什麼是三反相機呢?很多人聽說過單眼相機。認為單眼相機代表著高檔相機。其實衛星三反衛星相機比單反可高檔N倍。

所謂的單眼相機,就是指取景和拍攝本身都是用一個鏡頭和一套光學反射系統獲得影像,因此單眼相機的取景框裡看到的影像是什麼,拍攝出來的照片就是什麼。不過衛星成像要複雜的多。衛星不但要拍攝大範圍的影像,有時候還需要對重點地區拍攝高解析度照片。而且衛星速度很快,拍攝影像會有畸變和位移,因此需要3套離軸光學系統。相當的高端複雜。


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