让嫦娥的“眼睛”看得更清晰

    回想起几年前中国得到首张月球照片时的情景,今年已71岁的赵葆常仍有些心潮澎湃:“那个时候我才松了口气,总算给全国人民一个交代。”

    赵葆常1962年浙江大学毕业后即来到地处西北的西安光机所工作。1999年他从所领导的岗位上退下来后仍自加压力,2003年底担任了我国首次探月卫星光学成像探测系统主任设计师,领导团队首次给嫦娥装上了“眼睛”——CCD立体相机,为月球影像资料获得提供了保障。

    与普通相机照相时基本处于静态有别,CCD立体相机与其拍摄对象都是各按各的轨道各自运行。如何在持续变化过程中拍摄到清晰图像呢?决定成败的曝光技术能否胜任呢?

    赵葆常及其团队为此苦苦探寻。

    功夫不负有心人。他们用两年半时间,就走完了原理样机研制与测试、初样研制与测试及正样研制3个阶段的研制过程,于2006年2月15日正式交付正样。

    2007年11月,温家宝总理为我国首次月球探测工程的第一幅月面图像揭幕,嫦娥的“眼睛”——CCD(Charge-Coupled Device电荷耦合器件)立体相机,让全世界看到了中国航天科技发展的优异成绩。

    嫦娥一号不是已经获得了全月的三维立体图像了吗,为什么嫦娥二号还要研制一台新的CCD立体相机呢?

    赵葆常说,由于嫦娥一号卫星是我国首次探月,受多方面条件限制,当时确定它的地元分辨率为120米。因此由嫦娥一号所获得的立体图像中,只有尺寸比较大的目标才能显示出来。

    按照嫦娥二号的任务书要求,嫦娥二号卫星在100公里的圆轨上要求有获取地面分辨率优于10米的全月面立体图像的能力,同时又要求在15公里至100公里椭圆轨道在近月弧段上具有获取低反射率的虹湾地区地元分辨率优于1.5米的局域超高分辨率立体图像的能力。

    然而,至今国际上尚没有地元分辨率优于10米的全月立体图像。嫦娥二号卫星CCD立体相机如果具有这种能力,无疑使我国的探月科研具有国际领先的水平。

    为了对“强光目标”与“超弱目标”都得到影像清晰,他们大胆地提出采用96级的多线阵CCD技术,用一台相机同时完成7米全月立体成像与1米局域立体成像。用96级多线阵CCD成像技术相当于用96条线阵CCD对月面同一可分辨条带成像,然后图像信号累加,以提高图像的强度。

    赵葆常说,但是这时必须要做到在轨运行中使96条线阵CCD中每一条都对月表同一条带成像,不能有大有小,否则图像累加后就会变模糊,为此我们采用了速高比补偿技术。在嫦娥二号CCD立体相机中,同样采用一个单镜头成像,但是焦平面上有了两条多线阵CCD,它们分别得到前视(正视)与后视两幅图像。因此,嫦娥二号CCD立体相机的技术可归为“单镜头两个方向成像、多线阵推扫加速高比补偿”技术,这样的技术在国际上是首次,且在探月中成功实现。

    由于卫星在轨实际运行时,其高度与速度都在随机变化,因此卫星越过可分辨条带(1米或7米)的时间是不相同的,所谓的速高比补偿技术就是当卫星飞得快时,就把相应的曝光时间缩短一些,亦就是把相机的帧频提高一点,从而使每条CCD采样的信号都是同一条带。

    “我们实际达到的指标分别为7米与1米,也就是说在全月图像中,凡是月坑直径大于21米者均可显示出来,在对虹湾地区的成像中,只要月坑直径大于3米都可以清晰发现。相比嫦娥一号,技术指标提高了17倍至120倍。通俗地说就是,原来只能看见飞机场,现在我们可以看到飞机了!”赵葆常说。

    2008年8月起,赵葆常研究员任嫦娥二号卫星CCD立体相机主任设计师。为了确保项目顺利进行,赵葆常研究员认真把握项目的进展情况,并为此付出了比别人更多的辛劳与汗水。他带领课题组在不到一年的时间内完成了原型、初样电性、初样热控、初样鉴定及正样五台设备的研制。

    在项目提交方案评审报告时,他以科学、严谨的工作态度,亲自组织方案的撰写工作,连续半个月每天工作都在十三四个小时以上,终于按期完成了200多页的方案评审报告,在国际上首次提出了将多线阵CCD技术用于对月球的探测,获得了专家组的高度好评。

    如今,嫦娥二号CCD立体相机已传回了预期的图像资料。截至记者发稿时,嫦娥二号CCD立体相机已获得了在卫星距月面18.7公里、分辨率约为1.3米清晰的虹湾地区图像。2010年11月8日温家宝总理为月球虹湾地区月面局域影像图揭幕,未来嫦娥三号登月的“虹湾”地区地形可说已十分清楚。

    (据新华社西安12月22日电 记者冯国)