Kamera Antariksa: "Mata" Satelit di Luar Angkasa

 Komponen dasar kamera luar angkasa

▲Pencitra CCD 4-band Haiyang-1

Kamera luar angkasa umumnya terdiri dari bagian-bagian berikut:

1. Lensa Objektif: Terdiri dari sistem dan struktur optik. Berbagai jenis sistem optik sesuai dengan berbagai struktur, seperti jenis refraktif, pembias, dan pemantul. Suatu sistem optik umumnya terdiri dari beberapa komponen optik, seperti jendela kamera, lensa, cermin, filter, dan prisma.

2. Sistem sirkuit deteksi dan penerimaan: Fotodetektor melakukan konversi fotolistrik, penguatan sinyal, pemrosesan, tampilan, penyimpanan, dan perangkat anotasi, dan umumnya terdiri dari fotodetektor, sirkuit, dan komponen penjepit mekanis.

3. Struktur mekanis: termasuk wadah, komponen bidang fokus, transmisi mekanis, apertur, pelindung cahaya, dll.

4. Perangkat pengontrol termal: Umumnya terdiri dari lapisan pengontrol termal, film isolasi panas, material perubahan fasa, pipa panas, kabel penghantar panas, radiator, pemanas, pengontrol suhu, dll. Meliputi pengontrol termal aktif dan pengontrol termal pasif.

5. Pengontrol dan Prosesor Informasi: Mengontrol akuisisi, penyimpanan, pemrosesan, atau pengkodean data gambar; mengontrol berbagai sistem servo seperti pengangkutan film, pemfokusan, kalibrasi, penyesuaian pencahayaan, dan kompensasi pergeseran gambar; memasukkan data ke perangkat anotasi; memantau status kerja setiap komponen; dan mengirimkan informasi kesalahan ke pusat kendali darat.

 Klasifikasi kamera luar angkasa

▲Spektrometer Inframerah FY-3

Terdapat banyak jenis kamera luar angkasa, seperti kamera pengintai, kamera survei (juga dikenal sebagai kamera pemetaan) dan kamera multispektral yang menggunakan film sebagai pembawa informasi; kamera CCD, pemindai multispektral, dan spektrometer pencitraan yang menggunakan detektor fotolistrik sebagai penerima. Sensor jarak jauh luar angkasa ini secara kolektif disebut sebagai kamera luar angkasa.

• Diklasifikasikan berdasarkan segmen spektral

Kamera dapat dikategorikan menjadi kamera ultraviolet, tampak, inframerah, laser aktif atau aktif, serta kamera pankromatik dan multispektral dan spektrometer pencitraan. Yang terakhir dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi tipe hiperspektral dan superspektral berdasarkan resolusi spektral.

Saat ini, spektrometer pencitraan yang paling umum adalah tipe dispersif dan interferometrik, sementara fokus penelitian saat ini meliputi tipe filter dan tipe komputasional.

▲Spektrometer Pencitraan Resolusi Menengah FY-3

• Menurut target pencitraan 

Berdasarkan target pencitraannya, kamera luar angkasa dapat dibagi menjadi dua kategori: kamera yang memotret area dan kamera yang memotret titik. Misalnya, kamera fitur darat (secara kolektif disebut sebagai kamera pengintaian, pemetaan, dan sumber daya) dan kamera yang mengamati bulan, planet, dan matahari adalah kamera yang memotret area, sedangkan kamera bintang atau sensor bintang memotret bintang (sumber cahaya titik) di bola langit selain matahari.

• Berdasarkan sumber sinyal deteksi  

Berdasarkan sumber sinyal yang terdeteksi, kamera ruang angkasa dibagi menjadi dua kategori: aktif dan pasif. Penginderaan jauh aktif menggunakan sumber radiasi elektromagnetik buatan tertentu untuk menerangi target, dan kemudian mengidentifikasi target dengan menerima karakteristik gelombang elektromagnetik yang dipantulkan dari target. Penginderaan jauh pasif, di sisi lain, tidak memerlukan radiasi buatan untuk menerangi target, tetapi menggunakan sumber alami (seperti sinar matahari, radiasi kosmik, dan radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek karena penyerapan energi matahari) untuk mengukur gelombang elektromagnetik yang dipantulkan atau dipancarkan oleh target, sehingga mencapai tujuan penginderaan jauh.

• Dengan menggunakan 

Kamera antariksa dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan tujuannya. Jenis pertama adalah kamera antariksa yang mengamati Bumi, juga dikenal sebagai kamera objek darat, misalnya untuk menyelidiki karakteristik target darat, geologi dan bentang alam, pengintaian militer, pemetaan dan penentuan posisi, pengamatan meteorologi dan oseanografi, dan lain-lain. Jenis kedua adalah kamera yang mencari, menangkap, melacak, dan memantau target antariksa di platform antariksa, misalnya untuk pengamatan benda langit di ruang angkasa dan untuk pengukuran dan pembidikan pada satelit pencegat (atau senjata kinetik).

 Aplikasi dan Praktik Kamera Luar Angkasa

▲ Kamera luar angkasa telah banyak digunakan di bidang penginderaan jauh.

Kamera luar angkasa pertama negara saya dikembangkan oleh Akademi Teknologi Antariksa Tiongkok mulai tahun 1967. Kamera ini diluncurkan ke luar angkasa pada tanggal 26 November 1975, dengan menggunakan satelit pertama Tiongkok yang dapat dipulihkan, "Jianbing-1," dan kembali ke Bumi tiga hari kemudian. Hal ini menjadikan negara saya negara ketiga, setelah Uni Soviet dan Amerika Serikat, yang memiliki kamera pengamatan Bumi.

Muatan optik ruang angkasa "Jianbing-1" adalah kamera cahaya tampak yang digunakan untuk survei. Kamera ini memiliki panjang fokus 850 mm, menggunakan film sepanjang 2000 m untuk menyimpan informasi, memiliki lebar film 225 mm, dan ukuran bingkai 198 mm × 1780 mm. Resolusi piksel permukaan kamera dapat mencapai 10 m ~ 5 m.

• Kamera ruang angkasa satelit pengamatan meteorologi 

Satelit meteorologi FY-1 milik China membawa radiometer pemindaian multi-saluran, yang juga mendeteksi warna laut, dengan resolusi 1,1 km. VISSR yang dibawa oleh satelit meteorologi geostasioner ini juga memiliki cermin 45° pada sumbu utama sistem optik, tetapi pemindaian timur-barat dicapai dengan putaran satelit, sedangkan pemindaian utara-selatan dicapai dengan gerakan bertahap dari cermin pemindaian utara-selatan.

Pencitra pemindaian tampak dan inframerah dari satelit meteorologi FY-2 China mencapai pemindaian utara-selatan dengan menggunakan mekanisme langkah teleskop. Resolusi saluran tampak dan inframerah dekat adalah 1,25 km, dan resolusi saluran inframerah termal dan uap air adalah 5 km.

• Kamera ruang angkasa satelit pengamatan sumber daya

Pada tahun 1999, Satelit Sumber Daya Bumi China-Brasil (CBERS) berhasil diluncurkan, membawa kamera charge-coupled device (CCD) pushbroom 5-band, pemindai inframerah 4-band, dan pencitra bidang lebar 2-band. Satelit Ziyuan-1 01 beroperasi di orbit selama lebih dari tiga tahun, dengan lebar pemindaian 113 kilometer, dan memiliki kemampuan transmisi data Bumi real-time berkecepatan tinggi, menyediakan data efektif yang mencakup lebih dari 1 juta kilometer persegi setiap tahunnya.

Setelah lebih dari 20 tahun pengembangan, pada 26 Desember 2021, keluarga ZY-1 menyambut anggota kesembilannya—ZY-1 06. Satelit ini dilengkapi dengan kamera tampak dan inframerah dekat serta kamera hiperspektral, dan kamera inframerah gelombang panjang baru telah ditambahkan, memungkinkan pengamatan Bumi dalam segala cuaca. Kamera tampak dan inframerah dekat ini memiliki resolusi pankromatik 2,5 meter dan resolusi multispektral 10 meter, mampu mengidentifikasi panjang gelombang inframerah dekat antara cahaya tampak dan inframerah, serta membedakan bentuk, ukuran, dan beberapa warna target yang dipantau.

• Kamera Satelit Luar Angkasa Warna Laut 

Pemindai warna laut yang dibawa oleh satelit HY-1 China adalah kamera ruang angkasa pemindai cermin 45° dengan 10 saluran, termasuk dua saluran inframerah termal, dan resolusi 1,1 km. Kamera ruang angkasa lainnya pada satelit tersebut adalah kamera CCD empat pita, menggunakan desain sapu dorong CCD linier, dengan resolusi 250 m.

Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, resolusi temporal dan spasial kamera ruang angkasa terus meningkat. Kinerja deteksi optiknya cenderung menuju resolusi spasial tinggi, resolusi spektral tinggi, dan resolusi temporal tinggi. Target yang dapat mereka bidik berevolusi dari tunggal menjadi ganda, dari sederhana menjadi kompleks, dan mereka menjadi semakin terintegrasi, ringan, cerdas, dan multifungsi. Peran mereka dalam pengintaian dan deteksi ruang angkasa menjadi semakin penting, berfungsi sebagai platform fundamental dan jaminan untuk operasi ruang angkasa-udara terintegrasi. Dipercaya bahwa dengan munculnya teknologi baru secara terus-menerus dan pembaruan metode deteksi yang konstan, prospek aplikasi kamera ruang angkasa akan semakin luas, menjadi arus utama dan arah utama pengembangan teknologi tinggi di berbagai negara.

(Referensi: Akademi Teknologi Antariksa Tiongkok: Tren Pengembangan Muatan Optik Antariksa untuk Abad ke-21; Wang Jintang dan Chen Shiping: Pengantar Desain dan Pengujian Kamera Antariksa)