Ғарыштық камералар: ғарыштағы спутниктердің «көздері»

 Ғарыштық камераның негізгі компоненттері

▲Haiyang-1 4 жолақты CCD бейнелеу құрылғысы

Ғарыштық камера әдетте келесі бөліктерден тұрады:

1. Объектив: Оптикалық жүйелер мен құрылымдардан тұрады. Әртүрлі оптикалық жүйелердің түрлері әртүрлі құрылымдарға сәйкес келеді, мысалы, сыну, сыну және шағылысу түрлері. Оптикалық жүйе әдетте камера терезесі, линза, айна, сүзгі және призма сияқты бірнеше оптикалық компоненттерден тұрады.

2. Анықтау және қабылдау тізбегі жүйесі: Фотодетектор фотоэлектрлік түрлендіруді, сигналды күшейтуді, өңдеуді, көрсетуді, сақтауды және аннотациялау құрылғыларын орындайды және әдетте фотодетекторлардан, тізбектерден және механикалық қысқыш компоненттерден тұрады.

3. Механикалық құрылым: корпус, фокальды жазықтық компоненттері, механикалық беріліс, диафрагма, жарық қалқаны және т.б. кіреді.

4. Жылулықты басқару құрылғысы: Әдетте жылулықты басқару жабынынан, жылу оқшаулағыш пленкадан, фазалық ауысу материалынан, жылу құбырынан, жылу өткізгіштік кабелінен, радиатордан, жылытқыштан, температура реттегішінен және т.б. тұрады. Белсенді жылулықты басқаруды және пассивті жылулықты басқаруды қамтиды.

5. Басқару және ақпарат өңдеушісі: Кескін деректерін алуды, сақтауды, өңдеуді немесе кодтауды басқарады; пленканы тасымалдау, фокустау, калибрлеу, экспозицияны реттеу және кескінді ауыстыруды өтеу сияқты әртүрлі серво жүйелерді басқарады; деректерді аннотация құрылғысына енгізеді; әрбір компоненттің жұмыс күйін бақылайды; және ақаулық туралы ақпаратты жердегі басқару орталығына жібереді.

 Ғарыштық камералардың жіктелуі

▲FY-3 инфрақызыл спектрометрі

Ғарыштық камералардың көптеген түрлері бар, мысалы, барлау камералары, геодезиялық камералар (карта түсіру камералары деп те аталады) және ақпарат тасымалдаушысы ретінде пленканы пайдаланатын көп спектрлі камералар; фотоэлектрлік детекторларды қабылдағыш ретінде пайдаланатын CCD камералары, көп спектрлі сканерлер және бейнелеу спектрометрлері. Бұл ғарыштық қашықтан басқару сенсорлары бірге ғарыштық камералар деп аталады.

• Спектрлік сегмент бойынша жіктеледі

Камералар ультракүлгін, көрінетін, инфрақызыл, лазерлік белсенді немесе белсенді камераларға, сондай-ақ панхроматикалық және мультиспектрлік камералар мен бейнелеу спектрометрлеріне жіктелуі мүмкін. Соңғыларын спектрлік ажыратымдылыққа негізделген гиперспектрлік және суперспектрлік түрлерге жіктеуге болады.

Қазіргі уақытта ең көп таралған бейнелеу спектрометрлері дисперсиялық және интерферометриялық түрлері болып табылады, ал қазіргі зерттеу нүктелеріне сүзгі типті және есептеу түрлері кіреді.

▲FY-3 орташа ажыратымдылықтағы бейнелеу спектрометрі

• Бейнелеу нысанасына сәйкес 

Бейнелеу нысанасына байланысты ғарыштық камераларды екі санатқа бөлуге болады: аймақтарды бейнелейтін камералар және нүктелерді бейнелейтін камералар. Мысалы, жердегі камералар (барлау, картаға түсіру және ресурстық камералар деп аталады) және айды, планеталарды және күнді бақылайтын камералар аймақтарды суретке түсіретін камералар болып табылады, ал жұлдызды камералар немесе жұлдыз сенсорлары күннен басқа аспан сферасындағы жұлдыздарды (нүктелік жарық көздерін) суретке түсіреді.

• Анықтау сигналының көзіне сәйкес  

Анықталған сигнал көзіне сүйене отырып, ғарыштық камералар екі санатқа бөлінеді: белсенді және пассивті. Белсенді қашықтықтан зондтау нысананы жарықтандыру үшін жасанды түрде жасалған электромагниттік сәулелену көзін пайдаланады, содан кейін нысанадан шағылысқан электромагниттік толқындардың сипаттамаларын алу арқылы нысананы анықтайды. Екінші жағынан, пассивті қашықтықтан зондтау нысананы жарықтандыру үшін жасанды сәулеленуді қажет етпейді, бірақ нысананың шағылысқан немесе сәулеленген электромагниттік толқындарын өлшеу үшін табиғи көздерді (мысалы, күн сәулесі, ғарыштық сәулелену және күн энергиясын сіңіру салдарынан заттар шығаратын инфрақызыл сәулелену) пайдаланады, осылайша қашықтықтан зондтау мақсатына қол жеткізіледі.

• Қолдану бойынша 

Ғарыштық камераларды мақсатына қарай екі түрге бөлуге болады. Бір түрі - Жерді бақылайтын ғарыштық камера, ол жердегі нысаналардың сипаттамаларын, геология мен жер бедерінің пішіндерін, әскери барлауды, картаға түсіруді және позициялауды, метеорологиялық және мұхиттық бақылауды және т.б. зерттеу үшін қолданылады. Екінші түрі - ғарыш платформасындағы ғарыштық нысандарды іздейтін, түсіретін, бақылайтын және бақылайтын камера, мысалы, ғарышта аспан астындағы бақылау және ұстап алатын спутниктерді (немесе кинетикалық қаруларды) өлшеу және нысанаға алу үшін.

 Ғарыштық камералардың қолданылуы мен тәжірибесі

▲ Ғарыштық камералар қашықтықтан зондтау саласында кеңінен қолданылып келеді.

Менің елімнің алғашқы ғарыштық камерасын Қытай ғарыштық технологиялар академиясы 1967 жылы жасап шығарды. Ол 1975 жылы 26 қарашада Қытайдың алғашқы қалпына келтірілетін жер серігі «Цзянбин-1» бортында ғарышқа ұшырылып, үш күннен кейін Жерге оралды. Бұл менің елімді Кеңес Одағы мен Америка Құрама Штаттарынан кейін Жерді бақылау камерасы бар үшінші ел етті.

«Цзяньбин-1» ғарыштық оптикалық жүктемесі - түсірілімге қолданылатын көрінетін жарық камерасы. Оның фокустық қашықтығы 850 мм, ақпаратты сақтау үшін ұзындығы 2000 м пленканы пайдаланады, пленка ені 225 мм және кадр өлшемі 198 мм × 1780 мм. Камераның жердегі пиксель ажыратымдылығы 10 м ~ 5 м жетуі мүмкін.

• Метеорологиялық бақылау спутниктік ғарыштық камера 

Қытайдың FY-1 метеорологиялық спутнигінде мұхит түсін анықтайтын көп арналы сканерлеуші ​​радиометр бар, оның ажыратымдылығы 1,1 км. Геостационарлық метеорологиялық спутник тасымалдайтын VISSR оптикалық жүйенің негізгі осінде 45° айнаға ие, бірақ ол шығыс-батыс сканерлеуін спутниктік айналу арқылы жүзеге асырады, ал солтүстік-оңтүстік сканерлеу солтүстік-оңтүстік сканерлеу айнасының қадамдық қозғалысы арқылы жүзеге асырылады.

Қытайдың FY-2 метеорологиялық спутнигінің көрінетін және инфрақызыл сканерлеуші ​​​​бейнелеу құрылғысы телескоптың сатылы механизмін пайдалану арқылы солтүстік-оңтүстік сканерлеуді жүзеге асырады. Көрінетін және жақын инфрақызыл арналардың ажыратымдылығы 1,25 км, ал жылулық инфрақызыл және су буы арналарының ажыратымдылығы 5 км.

• Ресурстық бақылау спутниктік ғарыш камерасы

1999 жылы Қытай-Бразилия Жер ресурстары спутнигі (CBERS) сәтті ұшырылды, оған 5 диапазонды итергіш зарядталған құрылғы (CCD) камерасы, 4 диапазонды инфрақызыл сканер және 2 диапазонды кең өрісті бейнелеу құрылғысы кірді. Цзыюань-101 спутнигі орбитада үш жылдан астам уақыт жұмыс істеді, 113 шақырым сканерлеу қашықтығымен және жоғары жылдамдықты нақты уақыттағы Жер деректерін беру мүмкіндіктеріне ие болды, жылына 1 миллион шаршы шақырымнан астам аумақты қамтитын тиімді деректерді қамтамасыз етті.

20 жылдан астам уақыт бойы әзірленгеннен кейін, 2021 жылдың 26 ​​желтоқсанында ZY-1 тұқымдасы тоғызыншы мүшесін — ZY-1 06-ны қарсы алды. Спутник көрінетін және жақын инфрақызыл камералармен және гиперспектрлік камерамен жабдықталған, сондай-ақ жаңа ұзын толқынды инфрақызыл камера қосылды, бұл Жерді барлық ауа райында бақылауға мүмкіндік береді. Көрінетін және жақын инфрақызыл камераның панхроматикалық ажыратымдылығы 2,5 метр және көпспектрлік ажыратымдылығы 10 метр, көрінетін және инфрақызыл жарық арасындағы жақын инфрақызыл толқын ұзындықтарын анықтауға және бақыланатын нысандардың пішінін, өлшемін және кейбір түстерін ажыратуға қабілетті.

• Мұхит түсі бар спутниктік ғарыштық камера 

Қытайдың HY-1 спутнигі тасымалдайтын мұхит түсінің сканері - екі жылулық инфрақызыл арнаны қоса алғанда, 10 арнасы бар және ажыратымдылығы 1,1 км болатын 45° айна сканерлейтін ғарыштық камера. Спутниктегі тағы бір ғарыштық камера - сызықтық CCD итергіш-сыпырғыш конструкциясын пайдаланатын, ажыратымдылығы 250 м болатын төрт жолақты CCD камерасы.

Технологиялық жетістіктердің үздіксіз дамуымен ғарыштық камералардың уақытша және кеңістіктік ажыратымдылықтары үнемі жақсарып келеді. Олардың оптикалық анықтау өнімділігі жоғары кеңістіктік ажыратымдылыққа, жоғары спектрлік ажыратымдылыққа және жоғары уақытша ажыратымдылыққа бет бұруда. Олар нысанаға ала алатын нысандар бір нысанадан бірнеше нысанаға, қарапайымнан күрделі нысанаға қарай дамып келеді және олар барған сайын интеграцияланған, жеңіл, ақылды және көп функциялы бола түсуде. Олардың ғарыштық барлау мен анықтаудағы рөлі барған сайын маңызды болып келеді, интеграцияланған әуе-ғарыштық операциялар үшін негізгі платформа және кепілдік қызметін атқарады. Жаңа технологиялардың үздіксіз пайда болуымен және анықтау әдістерінің үнемі жаңартылып отыруымен ғарыштық камераларды қолдану перспективалары одан да кеңейіп, әртүрлі елдердегі жоғары технологиялық дамудың негізгі бағытына айналады деп есептеледі.

(Сілтемелер: Қытай ғарыштық технологиялар академиясы: XXI ғасырдағы ғарыштық оптикалық жүктемелердің даму үрдістері; Ван Цзиньтанг пен Чен Шипин: ғарыштық камераларды жобалау мен сынауға кіріспе)