Касмічныя камеры: «Вочы» спадарожнікаў у космасе

 Асноўныя кампаненты касмічнай камеры

▲4-дыяпазонны CCD-прыёмнік Haiyang-1

Касмічная камера звычайна складаецца з наступных частак:

1. Аб'ектыў: складаецца з аптычных сістэм і структур. Розныя тыпы аптычных сістэм адпавядаюць розным структурам, такім як рэфракцыйныя, праламляльныя і адбівальныя тыпы. Аптычная сістэма звычайна складаецца з некалькіх аптычных кампанентаў, такіх як акно камеры, лінза, люстэрка, фільтр, прызма і г.д.

2. Сістэма схем выяўлення і прыёму: фотадэтэктар выконвае фотаэлектрычнае пераўтварэнне, узмацненне сігналу, апрацоўку, адлюстраванне, захоўванне і анатацыю прылад і звычайна складаецца з фотадэтэктараў, схем і механічных заціскных кампанентаў.

3. Механічная канструкцыя: у тым ліку корпус, кампаненты факальнай плоскасці, механічная перадача, дыяфрагма, святлоахоўны экран і г.д.

4. Прылада цеплавога кантролю: звычайна складаецца з цеплавога пакрыцця, цеплаізаляцыйнай плёнкі, матэрыялу з фазавым пераходам, цеплавой трубкі, цеплаправоднага кабеля, радыятара, награвальніка, рэгулятара тэмпературы і г.д. Уключае актыўны цеплавы кантроль і пасіўны цеплавы кантроль.

5. Працэсар кіравання і інфармацыі: кіруе зборам, захоўваннем, апрацоўкай або кадаваннем дадзеных выявы; кіруе рознымі сервасістэмамі, такімі як транспарціроўка плёнкі, факусоўка, каліброўка, карэкціроўка экспазіцыі і кампенсацыя зрушэння выявы; уводзіць дадзеныя ў прыладу анатавання; кантралюе працоўны стан кожнага кампанента; і перадае інфармацыю аб няспраўнасцях у наземны цэнтр кіравання.

 Класіфікацыя касмічных камер

▲Інфрачырвоны спектрометр FY-3

Існуе мноства тыпаў касмічных камер, такіх як разведвальныя камеры, геадэзічныя камеры (таксама вядомыя як картаграфічныя камеры) і мультыспектральныя камеры, якія выкарыстоўваюць плёнку ў якасці носьбіта інфармацыі; CCD-камеры, мультыспектральныя сканеры і візуалізацыйныя спектрометры, якія выкарыстоўваюць фотаэлектрычныя дэтэктары ў якасці прыёмнікаў. Гэтыя касмічныя дыстанцыйныя датчыкі сумесна называюцца касмічнымі камерамі.

• Класіфікацыя па спектральным сегменце

Камеры можна класіфікаваць на ультрафіялетавыя, бачныя, інфрачырвоныя, лазерныя актыўныя або актыўныя камеры, а таксама панхраматычныя і мультыспектральныя камеры і візуалізацыйныя спектрометры. Апошнія можна далей класіфікаваць на гіперспектральныя і гіперспектральныя тыпы ў залежнасці ад спектральнага разрознення.

У цяперашні час найбольш распаўсюджанымі візуалізацыйнымі спектрометрамі з'яўляюцца дысперсійныя і інтэрфераметрычныя тыпы, у той час як сучасныя даследаванні ўключаюць фільтруючыя і вылічальныя тыпы.

▲Спектрометр візуалізацыі сярэдняга разрознення FY-3

• Згодна з мэтай візуалізацыі 

У залежнасці ад мэты візуалізацыі касмічныя камеры можна падзяліць на дзве катэгорыі: камеры, якія фатаграфуюць тэрыторыі, і камеры, якія фатаграфуюць кропкі. Напрыклад, наземныя камеры (якія разам называюцца разведвальнымі, картаграфічнымі і рэсурснымі камерамі) і камеры, якія назіраюць за Месяцам, планетамі і Сонцам, — гэта камеры, якія фатаграфуюць тэрыторыі, у той час як зорныя камеры або зорныя датчыкі фатаграфуюць зоркі (кропкавыя крыніцы святла) на нябеснай сферы, акрамя Сонца.

• Згодна з крыніцай сігналу выяўлення  

У залежнасці ад крыніцы выяўленага сігналу касмічныя камеры падзяляюцца на дзве катэгорыі: актыўныя і пасіўныя. Актыўнае дыстанцыйнае зандзіраванне выкарыстоўвае спецыяльную штучна створаную крыніцу электрамагнітнага выпраменьвання для асвятлення мэты, а затым ідэнтыфікуе цэль, атрымліваючы характарыстыкі адлюстраваных ад мэты электрамагнітных хваль. Пасіўнае дыстанцыйнае зандзіраванне, з іншага боку, не патрабуе штучнага выпраменьвання для асвятлення мэты, але выкарыстоўвае натуральныя крыніцы (напрыклад, сонечнае святло, касмічнае выпраменьванне і інфрачырвонае выпраменьванне, якое выпраменьваецца аб'ектамі з-за паглынання сонечнай энергіі) для вымярэння адлюстраваных або выпраменьваных электрамагнітных хваль мэты, тым самым дасягаючы мэты дыстанцыйнага зандзіравання.

• Па выкарыстанні 

Касмічныя камеры можна падзяліць на два тыпы ў залежнасці ад іх прызначэння. Адзін тып — гэта касмічная камера, якая назірае за Зямлёй, таксама вядомая як камера наземных аб'ектаў, напрыклад, для вывучэння характарыстык наземных цэляў, геалогіі і рэльефу, ваеннай разведкі, картаграфавання і пазіцыянавання, метэаралагічных і акіянаграфічных назіранняў і г.д. Другі тып — гэта камера, якая шукае, фіксуе, адсочвае і кантралюе касмічныя цэлі на касмічнай платформе, напрыклад, для назірання за нябеснымі аб'ектамі ў космасе і для вымярэнняў і навядзення на спадарожніках-перахопніках (або кінетычнай зброі).

 Прымяненне і практыка касмічных камер

▲ Касмічныя камеры шырока выкарыстоўваюцца ў галіне дыстанцыйнага зандзіравання.

Першая касмічная камера ў маёй краіне была распрацавана Кітайскай акадэміяй касмічных тэхналогій, пачынаючы з 1967 года. Яна была запушчана ў космас 26 лістапада 1975 года на борце першага кітайскага спадарожніка, які можна было аднавіць, «Цзяньбін-1», і вярнулася на Зямлю праз тры дні. Гэта зрабіла маю краіну трэцяй краінай пасля Савецкага Саюза і ЗША, якая валодае камерай для назірання за Зямлёй.

Касмічная аптычная карысная нагрузка «Цзяньбін-1» — гэта камера бачнага святла, якая выкарыстоўваецца для даследаванняў. Яна мае фокусную адлегласць 850 мм, выкарыстоўвае плёнку даўжынёй 2000 м для захоўвання інфармацыі, мае шырыню плёнкі 225 мм і памер кадра 198 мм × 1780 мм. Разрозненне камеры на зямлі можа дасягаць 10 м ~ 5 м.

• Метэаралагічны спадарожнік для назірання за касмічнай камерай 

Кітайскі метэаралагічны спадарожнік FY-1 мае шматканальны сканіруючы радыёметр, які таксама выяўляе колер акіяна, з разрозненнем 1,1 км. VISSR, які нясе геастацыянарны метэаралагічны спадарожнік, таксама мае люстэрка 45° на галоўнай восі аптычнай сістэмы, але сканаванне з усходу на захад ажыццяўляецца за кошт кручэння спадарожніка, у той час як сканаванне з поўначы на ​​поўдзень ажыццяўляецца за кошт крокавага руху сканіруючага люстэрка з поўначы на ​​поўдзень.

Бачны і інфрачырвоны сканіруючы прыбор кітайскага метэаралагічнага спадарожніка FY-2 ажыццяўляе сканаванне з поўначы на ​​поўдзень з дапамогай механізму паэтапнага пераключэння тэлескопа. Раздзяляльная здольнасць бачнага і блізкага інфрачырвонага каналаў складае 1,25 км, а раздзяляльная здольнасць цеплавога інфрачырвонага канала і канала вадзяной пары — 5 км.

• Касмічная камера спадарожнікавага назірання за рэсурсамі

У 1999 годзе быў паспяхова запушчаны кітайска-бразільскі спадарожнік даследавання зямных рэсурсаў (CBERS), які быў абсталяваны 5-дыяпазоннай ПЗС-камерай, 4-дыяпазонным інфрачырвоным сканерам і 2-дыяпазонным шырокавугольным прыборам здымкі. Спадарожнік Цзыюань-101 працаваў на арбіце больш за тры гады, ахопліваючы паласу сканавання 113 кіламетраў, і валодаў магчымасцямі хуткаснай перадачы дадзеных аб Зямлі ў рэжыме рэальнага часу, штогод забяспечваючы эфектыўныя дадзеныя, якія ахопліваюць больш за 1 мільён квадратных кіламетраў.

Пасля больш чым 20 гадоў распрацоўкі, 26 снежня 2021 года сямейства ZY-1 папоўнілася дзявятым спадарожнікам — ZY-1 06. Спадарожнік абсталяваны камерамі бачнага і блізкага інфрачырвонага дыяпазону, гіперспектральнай камерай, а таксама новай даўгахвалевай інфрачырвонай камерай, якая дазваляе назіраць за Зямлёй у любое надвор'е. Камера бачнага і блізкага інфрачырвонага дыяпазону мае панхраматычнае разрозненне 2,5 метра і мультыспектральнае разрозненне 10 метраў, што дазваляе вызначаць даўжыні хваль блізкага інфрачырвонага дыяпазону паміж бачным і інфрачырвоным святлом, а таксама адрозніваць форму, памер і некаторыя колеры кантраляваных цэляў.

• Спадарожнікавая касмічная камера Ocean Color 

Акіянічны каляровы сканер, які носіць кітайскі спадарожнік HY-1, — гэта касмічная камера з люстраным сканаваннем пад вуглом 45°, 10 каналамі, у тым ліку двума цеплавымі інфрачырвонымі каналамі, і дазволам 1,1 км. Яшчэ адна касмічная камера на спадарожніку — гэта чатырохдыяпазонная ПЗС-камера з лінейнай канструкцыяй «штурхаючая венік» і дазволам 250 м.

Дзякуючы пастаяннаму тэхналагічнаму прагрэсу, часавая і прасторавая раздзяляльнасць касмічных камер пастаянна паляпшаецца. Іх аптычная прадукцыйнасць выяўлення мае тэндэнцыю да высокага прасторавага, высокага спектральнага і высокага часавага дазволу. Мэты, на якія яны могуць нацэльвацца, змяняюцца ад адзінкавых да множных, ад простых да складаных, і яны становяцца ўсё больш інтэграванымі, лёгкімі, інтэлектуальнымі і шматфункцыянальнымі. Іх роля ў касмічнай разведцы і выяўленні становіцца ўсё больш важнай, яны служаць фундаментальнай платформай і гарантыяй інтэграваных паветрана-касмічных аперацый. Лічыцца, што з пастаянным з'яўленнем новых тэхналогій і пастаянным абнаўленнем метадаў выяўлення перспектывы прымянення касмічных камер будуць яшчэ шырэйшымі, і яны стануць асноўным напрамкам развіцця высокіх тэхналогій у розных краінах.

(Спасылкі: Кітайская акадэмія касмічных тэхналогій: Тэндэнцыі развіцця касмічных аптычных карысных нагрузак для 21-га стагоддзя; Ван Цзіньтан і Чэнь Шыпін: Уводзіны ў распрацоўку і тэсціраванне касмічных камер)