Cámaras espaciales: Los "ojos" de los satélites en el espacio.

 Componentes básicos de una cámara espacial

▲Cámara de imágenes CCD de 4 bandas Haiyang-1

Una cámara espacial generalmente consta de las siguientes partes:

1. Lente objetivo: Compuesta por sistemas y estructuras ópticas. Los distintos tipos de sistemas ópticos corresponden a diferentes estructuras, como refractivas, refractantes y reflectantes. Un sistema óptico generalmente consta de múltiples componentes ópticos, como la ventana de la cámara, la lente, el espejo, el filtro y el prisma.

2. Sistema de circuito de detección y recepción: El fotodetector realiza la conversión fotoeléctrica, la amplificación de la señal, el procesamiento, la visualización, el almacenamiento y la anotación, y generalmente se compone de fotodetectores, circuitos y componentes de sujeción mecánica.

3. Estructura mecánica: incluyendo carcasa, componentes del plano focal, transmisión mecánica, apertura, pantalla de luz, etc.

4. Dispositivo de control térmico: Generalmente compuesto por revestimiento de control térmico, película aislante térmica, material de cambio de fase, tubo de calor, cable de conducción de calor, radiador, calentador, controlador de temperatura, etc. Incluye control térmico activo y control térmico pasivo.

5. Procesador de control e información: Controla la adquisición, el almacenamiento, el procesamiento o la codificación de datos de imagen; controla varios servosistemas, como el transporte de la película, el enfoque, la calibración, el ajuste de la exposición y la compensación del desplazamiento de la imagen; introduce datos en el dispositivo de anotación; supervisa el estado de funcionamiento de cada componente; y transmite información sobre fallos al centro de control terrestre.

 Clasificación de las cámaras espaciales

▲Espectrómetro infrarrojo FY-3

Existen diversos tipos de cámaras espaciales, como las de reconocimiento, las de topografía (también conocidas como de cartografía) y las multiespectrales que utilizan película como soporte de información; las CCD, los escáneres multiespectrales y los espectrómetros de imagen que utilizan detectores fotoeléctricos como receptores. Estos sensores remotos espaciales se denominan colectivamente cámaras espaciales.

• Clasificado por segmento espectral

Las cámaras se pueden clasificar en ultravioleta, visible, infrarroja, láser activa o activa, así como cámaras pancromáticas y multiespectrales y espectrómetros de imagen. Estos últimos se pueden clasificar a su vez en hiperespectrales y superespectrales según su resolución espectral.

Actualmente, los espectrómetros de imagen más comunes son los de tipo dispersivo e interferométrico, mientras que las líneas de investigación más relevantes en la actualidad incluyen los de tipo filtro y los computacionales.

▲Espectrómetro de imágenes de resolución media FY-3

• Según el objetivo de imagen 

Según el objetivo de la imagen, las cámaras espaciales se pueden dividir en dos categorías: cámaras que capturan imágenes de áreas y cámaras que capturan imágenes de puntos. Por ejemplo, las cámaras terrestres (conocidas colectivamente como cámaras de reconocimiento, cartografía y recursos) y las cámaras que observan la Luna, los planetas y el Sol son cámaras que fotografían áreas, mientras que las cámaras estelares o sensores estelares fotografían estrellas (fuentes de luz puntuales) en la esfera celeste, excepto el Sol.

• Según la fuente de la señal de detección  

Según la fuente de la señal detectada, las cámaras espaciales se dividen en dos categorías: activas y pasivas. La teledetección activa utiliza una fuente de radiación electromagnética artificial específica para iluminar el objetivo y, posteriormente, lo identifica al recibir las características de las ondas electromagnéticas reflejadas por este. La teledetección pasiva, por otro lado, no requiere radiación artificial para iluminar el objetivo, sino que utiliza fuentes naturales (como la luz solar, la radiación cósmica y la radiación infrarroja emitida por los objetos debido a la absorción de energía solar) para medir las ondas electromagnéticas reflejadas o radiadas por el objetivo, logrando así el propósito de la teledetección.

• Mediante el uso 

Las cámaras espaciales se pueden dividir en dos tipos según su propósito. Un tipo es una cámara espacial que observa la Tierra, también conocida como cámara de objetos terrestres, utilizada, por ejemplo, para investigar las características de objetivos terrestres, la geología y las formas del relieve, el reconocimiento militar, la cartografía y el posicionamiento, la observación meteorológica y oceanográfica, etc. El otro tipo es una cámara que busca, captura, rastrea y monitorea objetivos espaciales en una plataforma espacial, por ejemplo, para la observación celeste en el espacio y para la medición y el apuntamiento de satélites de interceptación (o armas cinéticas).

 Aplicaciones y prácticas de las cámaras espaciales

▲ Las cámaras espaciales se han utilizado ampliamente en el campo de la teledetección.

La primera cámara espacial de mi país fue desarrollada por la Academia China de Tecnología Espacial a partir de 1967. Fue lanzada al espacio el 26 de noviembre de 1975 a bordo del primer satélite recuperado de China, el "Jianbing-1", y regresó a la Tierra tres días después. Esto convirtió a mi país en el tercero, después de la Unión Soviética y Estados Unidos, en poseer una cámara de observación terrestre.

La carga útil óptica espacial "Jianbing-1" es una cámara de luz visible utilizada para estudios. Tiene una distancia focal de 850 mm, utiliza una película de 2000 m de longitud para almacenar información, tiene un ancho de película de 225 mm y un tamaño de fotograma de 198 mm × 1780 mm. La resolución de píxeles en tierra de la cámara puede alcanzar entre 10 m y 5 m.

• Cámara espacial satelital de observación meteorológica 

El satélite meteorológico chino FY-1 lleva un radiómetro de escaneo multicanal, que también detecta el color del océano, con una resolución de 1,1 km. El VISSR, a bordo del satélite meteorológico geoestacionario, también cuenta con un espejo de 45° en el eje principal del sistema óptico, pero logra el escaneo este-oeste mediante la rotación del satélite, mientras que el escaneo norte-sur se consigue mediante el movimiento escalonado del espejo de escaneo norte-sur.

El generador de imágenes de escaneo visible e infrarrojo del satélite meteorológico chino FY-2 realiza un escaneo norte-sur mediante un mecanismo de paso del telescopio. La resolución de los canales visible e infrarrojo cercano es de 1,25 km, y la de los canales infrarrojo térmico y de vapor de agua es de 5 km.

• cámara espacial satelital de observación de recursos

En 1999, se lanzó con éxito el satélite chino-brasileño de recursos terrestres (CBERS), equipado con una cámara CCD de barrido lineal de 5 bandas, un escáner infrarrojo de 4 bandas y un generador de imágenes de campo amplio de 2 bandas. El satélite Ziyuan-101 operó en órbita durante más de tres años, con una franja de escaneo de 113 kilómetros, y poseía capacidades de transmisión de datos terrestres en tiempo real y a alta velocidad, proporcionando datos efectivos que cubrían más de 1 millón de kilómetros cuadrados anualmente.

Tras más de 20 años de desarrollo, el 26 de diciembre de 2021, la familia ZY-1 dio la bienvenida a su noveno miembro: el ZY-1 06. Este satélite está equipado con cámaras de luz visible e infrarroja cercana, una cámara hiperespectral y una nueva cámara infrarroja de onda larga, lo que permite la observación de la Tierra en cualquier condición meteorológica. La cámara de luz visible e infrarroja cercana cuenta con una resolución pancromática de 2,5 metros y una resolución multiespectral de 10 metros, capaz de identificar longitudes de onda infrarrojas cercanas entre la luz visible e infrarroja, y de distinguir la forma, el tamaño y algunos colores de los objetivos monitorizados.

• Cámara espacial satelital de color océano 

El escáner de color del océano a bordo del satélite chino HY-1 es una cámara espacial de escaneo con espejo de 45° con 10 canales, incluyendo dos canales infrarrojos térmicos, y una resolución de 1,1 km. Otra cámara espacial del satélite es una cámara CCD de cuatro bandas, que utiliza un diseño de barrido lineal CCD, con una resolución de 250 m.

Gracias a los continuos avances tecnológicos, las resoluciones temporales y espaciales de las cámaras espaciales mejoran constantemente. Su rendimiento de detección óptica tiende hacia una alta resolución espacial, espectral y temporal. Los objetivos que pueden detectar evolucionan de uno a varios, de simples a complejos, y se están volviendo cada vez más integrados, ligeros, inteligentes y multifuncionales. Su papel en el reconocimiento y la detección espacial es cada vez más importante, sirviendo como plataforma fundamental y garantía para las operaciones aeroespaciales integradas. Se cree que, con la continua aparición de nuevas tecnologías y la constante actualización de los métodos de detección, las perspectivas de aplicación de las cámaras espaciales serán aún más amplias, convirtiéndose en una dirección principal y predominante para el desarrollo de alta tecnología en diversos países.

(Referencias: Academia China de Tecnología Espacial: Tendencias de desarrollo de cargas útiles ópticas espaciales para el siglo XXI; Wang Jintang y Chen Shiping: Introducción al diseño y prueba de cámaras espaciales)