專家解讀：15公里，嫦娥二號如何“勘月”

　　核心提示

　　嫦娥二號衛星在近月點對月球虹灣區拍攝，衛星在軌道上飛行，月球在自轉，如何能夠在極短的曝光時間內實現優于1.5米分辨率的成像？衛星的在軌飛行和各項設備又將面臨哪些考驗？

　　10月27日19時30分左右，北京航天飛行控制中心控制嫦娥二號衛星上的CCD立體相機對月球虹灣區開展高分辨率成像，這是“嫦娥二號”第一次在15公里高度處對位于月球正面的虹灣地區進行拍攝。

　　降軌拍攝虹灣，探測結束后將再回環月圓軌道

　　26日21時左右，“嫦娥二號”按照測控系統預先注入的指令，在月球背面自主實施變軌，成功從原來的100公里環月圓軌道，降軌進入了月球虹灣成像軌道。

　　該軌道為橢圓形，遠月點大約距離月球100公里左右。近月點約為15公里，基本位于虹灣上空。

　　據北京航天飛行控制中心專家介紹，27日19時30分左右，“嫦娥二號”順著這個橢圓軌道，飛到虹灣上空，在最近為15公里高度時，衛星上搭載的新研制CCD立體相機對虹灣區進行了優于1.5米分辨率的成像，勘察地形地貌。這也是“嫦娥二號”對虹灣預選著陸區進行的第一次拍攝。

　　此后，按計劃，1—2天探測結束后，衛星要在月球背面再自主變軌，重新回到長期繞月運行軌道，也就是100公里的環月圓軌道，繼續開展技術試驗和科學探測。

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

　　據專家介紹，衛星在這個100公里乘15公里軌道上飛的時間越長，相應風險越大。由于衛星還要回到100公里圓軌道繼續做分辨率優于10米的月球成像探測，加上考慮地月日的運動規律、衛星的本身能源等因素，才確認讓衛星飛這么多圈數。之后，衛星將傳回虹灣區高分辨率圖像。

　　為“嫦娥三號”探路，成像分辨率大大提高

　　專家介紹說，月球虹灣并非是海灣，并沒有水，實際上是一塊類似平原的地方。該地區的北面和西面被山包圍，東南面較開闊。

　　國防科工局探月工程總設計師吳偉仁介紹說，嫦娥三號探測器計劃于2013年左右發射并在月球軟著陸，目前選擇在月球的虹灣區著陸，因此要對這么一塊南北100公里、東西300公里的區域預先進行高分辨率成像。

　　“嫦娥二號衛星先去偵察一番，看選的這個著陸區地形怎么樣，是否便于降落等。”吳偉仁說。

　　在“嫦娥一號”任務中，衛星攜帶的CCD立體相機能夠自主完成成像。“嫦娥二號”任務為滿足月球虹灣區高分辨率成像要求，則需要地面利用軌道預報生成CCD相機相關參數數據，并注入衛星才能完成成像。

　　軌道低，環境復雜，考驗精密定軌技術

　　據介紹，與嫦娥一號衛星上CCD立體相機的120米分辨率相比，嫦娥二號衛星搭載的新研制的CCD立體相機分辨率大大提高。

　　嫦娥二號衛星CCD立體相機主任設計師、中科院西安光機所研究員趙葆常說，嫦娥二號衛星上的CCD立體相機在100公里的分辨率優于10米，在15公里軌道處分辨率優于1.5米，分辨率很高。

　　同時，相機采用多條線陣CCD對同一目標多次曝光的原理，以滿足分辨率提高對相機曝光控制要求。這是我國相關載荷研制技術的一個重要突破。

　　西安衛星測控中心有關專家介紹說，在這個月球虹灣成像軌道上，由于衛星環月運行遠月點高度只有100公里，近月點高度最低只有15公里，月球不均勻引力對軌道攝動影響較大。此外，月球表面有很多高山，最高的山峰達到9000米高度，比珠穆朗瑪峰還要高。衛星飛行的環境較為復雜。

　　軌道低，環境復雜，對精密定軌技術是一次實戰檢驗，需要提高軌道改進和預報精度，為高質量的月球探測任務提供保障。

　　衛星和月球始終處于運動狀態，相機曝光時間極短

　　趙葆常說，從“嫦娥二號”擔負的對月成像任務來說，100公里處拍攝的10米分辨率的照片，可以給地質學家提供更加詳細的月球圖，用于科學研究。而對虹灣區進行1.5米分辨率的成像，主要是為了給“嫦娥三號”探路。

　　專家介紹說，衛星對月球的成像跟相機拍靜物不同。月球衛星對月成像時，照相機和被拍的目標始終是運動狀態。尤其是此次嫦娥二號衛星對月拍攝時，衛星離月球很近，衛星在飛行，月球在自轉。相機在飛過一片區域時，曝光時間十分短暫，如何才能獲得清晰的月球圖像是一大難題。

　　“衛星飛過1米的時間，我們算了大概是0.6毫秒，因此曝光時間就不能大于0.6毫秒，否則照下來的照片分辨率就達不到要求。”趙葆常說，曝光時間太短，當目標很暗的時候，可能會導致曝光不足，照片出來后什么也看不到。

　　相比之下，嫦娥一號衛星相機分辨率是120米，曝光時間就可以長一些，相當于飛過120米的這段時間。

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