Kamera Angkasa: "Mata" Satelit di Angkasa

 Komponen asas kamera angkasa lepas

▲Pengimej CCD 4-jalur Haiyang-1

Kamera angkasa lepas biasanya terdiri daripada bahagian-bahagian berikut:

1. Kanta Objektif: Terdiri daripada sistem dan struktur optik. Pelbagai jenis sistem optik sepadan dengan struktur yang berbeza, seperti jenis biasan, pembiasan dan pantulan. Sistem optik biasanya terdiri daripada pelbagai komponen optik, seperti tingkap kamera, kanta, cermin, penapis dan prisma.

2. Sistem litar pengesanan dan penerimaan: Pengesan foto melakukan penukaran fotoelektrik, penguatan isyarat, pemprosesan, paparan, penyimpanan dan peranti anotasi, dan secara amnya terdiri daripada pengesan foto, litar dan komponen pengapit mekanikal.

3. Struktur mekanikal: termasuk perumah, komponen satah fokus, penghantaran mekanikal, apertur, perisai cahaya, dll.

4. Peranti kawalan haba: Secara amnya terdiri daripada salutan kawalan haba, filem penebat haba, bahan perubahan fasa, paip haba, kabel pengaliran haba, radiator, pemanas, pengawal suhu, dan sebagainya. Termasuk kawalan haba aktif dan kawalan haba pasif.

5. Kawalan dan Pemproses Maklumat: Mengawal pemerolehan, penyimpanan, pemprosesan atau pengekodan data imej; mengawal pelbagai sistem servo seperti pengangkutan filem, pemfokusan, penentukuran, pelarasan pendedahan dan pampasan anjakan imej; memasukkan data ke peranti anotasi; memantau status kerja setiap komponen; dan menghantar maklumat kerosakan ke pusat kawalan bumi.

 Pengelasan kamera angkasa lepas

▲Spektrometer Inframerah FY-3

Terdapat banyak jenis kamera angkasa lepas, seperti kamera peninjau, kamera tinjauan (juga dikenali sebagai kamera pemetaan) dan kamera multispektral yang menggunakan filem sebagai pembawa maklumat; kamera CCD, pengimbas multispektral dan spektrometer pengimejan yang menggunakan pengesan fotoelektrik sebagai penerima. Sensor jarak jauh angkasa lepas ini secara kolektif dirujuk sebagai kamera angkasa lepas.

• Dikelaskan mengikut segmen spektrum

Kamera boleh dikategorikan kepada kamera ultraungu, nampak, inframerah, laser aktif atau aktif, serta kamera pankromatik dan multispektral dan spektrometer pengimejan. Yang terakhir boleh dikelaskan lagi kepada jenis hiperspektral dan superspektral berdasarkan resolusi spektrum.

Pada masa ini, spektrometer pengimejan yang paling biasa adalah jenis dispersif dan interferometrik, manakala titik panas penyelidikan semasa termasuk jenis penapis dan jenis pengiraan.

▲Spektrometer Pengimejan Resolusi Sederhana FY-3

• Mengikut sasaran pengimejan 

Berdasarkan sasaran pengimejan, kamera angkasa lepas boleh dibahagikan kepada dua kategori: kamera yang merakam imej kawasan dan kamera yang merakam imej titik. Contohnya, kamera ciri darat (secara kolektif dirujuk sebagai kamera peninjau, pemetaan dan sumber) dan kamera yang memerhati bulan, planet dan matahari adalah kamera yang memotret kawasan, manakala kamera bintang atau sensor bintang memotret bintang (sumber cahaya titik) pada sfera samawi selain matahari.

• Mengikut sumber isyarat pengesanan  

Berdasarkan sumber isyarat yang dikesan, kamera angkasa dibahagikan kepada dua kategori: aktif dan pasif. Penderiaan jauh aktif menggunakan sumber sinaran elektromagnet yang dijana secara buatan khusus untuk menerangi sasaran, dan kemudian mengenal pasti sasaran dengan menerima ciri-ciri gelombang elektromagnet yang dipantulkan daripada sasaran. Sebaliknya, penderiaan jauh pasif tidak memerlukan sinaran buatan untuk menerangi sasaran, tetapi menggunakan sumber semula jadi (seperti cahaya matahari, sinaran kosmik dan sinaran inframerah yang dipancarkan oleh objek akibat penyerapan tenaga suria) untuk mengukur gelombang elektromagnet yang dipantulkan atau dipancarkan daripada sasaran, justeru mencapai tujuan penderiaan jauh.

• Dengan penggunaan 

Kamera angkasa boleh dibahagikan kepada dua jenis mengikut tujuannya. Satu jenis ialah kamera angkasa yang memerhati Bumi, juga dikenali sebagai kamera objek darat, seperti untuk menyiasat ciri-ciri sasaran darat, geologi dan bentuk bumi, peninjauan tentera, pemetaan dan kedudukan, pemerhatian meteorologi dan oseanografi, dan sebagainya. Jenis yang lain ialah kamera yang mencari, menangkap, menjejaki dan memantau sasaran angkasa di platform angkasa, seperti untuk pemerhatian cakerawala di angkasa dan untuk pengukuran dan menyasarkan satelit pintasan (atau senjata kinetik).

 Aplikasi dan Amalan Kamera Angkasa

▲ Kamera angkasa lepas telah digunakan secara meluas dalam bidang penderiaan jauh.

Kamera angkasa lepas pertama negara saya telah dibangunkan oleh Akademi Teknologi Angkasa Lepas China bermula pada tahun 1967. Ia telah dilancarkan ke angkasa lepas pada 26 November 1975, di atas satelit pertama China yang boleh dipulihkan, "Jianbing-1," dan kembali ke Bumi tiga hari kemudian. Ini menjadikan negara saya negara ketiga, selepas Kesatuan Soviet dan Amerika Syarikat, yang memiliki kamera pemerhatian Bumi.

Muatan optik angkasa lepas "Jianbing-1" ialah kamera cahaya nampak yang digunakan untuk tinjauan. Ia mempunyai panjang fokus 850mm, menggunakan filem sepanjang 2000m untuk menyimpan maklumat, mempunyai lebar filem 225mm, dan saiz bingkai 198mm×1780mm. Resolusi piksel bumi kamera boleh mencapai 10m~5m.

• Kamera angkasa satelit pemerhatian meteorologi 

Satelit meteorologi FY-1 China membawa radiometer pengimbasan berbilang saluran, yang juga mengesan warna lautan, dengan resolusi 1.1 km. VISSR yang dibawa oleh satelit meteorologi geopegun juga mempunyai cermin 45° pada paksi utama sistem optik, tetapi ia mencapai pengimbasan timur-barat melalui putaran satelit, manakala pengimbasan utara-selatan dicapai melalui gerakan melangkah cermin pengimbasan utara-selatan.

Pengimej pengimbasan boleh dilihat dan inframerah satelit meteorologi FY-2 China mencapai pengimbasan utara-selatan dengan menggunakan mekanisme langkah-langkah teleskop. Resolusi saluran boleh dilihat dan hampir inframerah ialah 1.25 km, dan resolusi saluran inframerah terma dan wap air ialah 5 km.

• Kamera angkasa satelit pemerhatian sumber

Pada tahun 1999, Satelit Sumber Bumi China-Brazil (CBERS) telah dilancarkan dengan jayanya, membawa kamera peranti gandingan cas (CCD) pushbroom 5-jalur, pengimbas inframerah 4-jalur dan pengimej medan lebar 2-jalur. Satelit Ziyuan-1 01 beroperasi di orbit selama lebih tiga tahun, dengan jarak pengimbasan 113 kilometer dan memiliki keupayaan penghantaran data Bumi masa nyata berkelajuan tinggi, menyediakan data berkesan meliputi lebih daripada 1 juta kilometer persegi setiap tahun.

Selepas lebih 20 tahun pembangunan, pada 26 Disember 2021, keluarga ZY-1 telah mengalu-alukan ahli kesembilannya—ZY-1 06. Satelit ini dilengkapi dengan kamera inframerah nampak dan dekat serta kamera hiperspektral, dan kamera inframerah gelombang panjang baharu telah ditambah, yang membolehkan pemerhatian Bumi semua cuaca. Kamera inframerah nampak dan dekat ini mempunyai resolusi pankromatik 2.5 meter dan resolusi multispektral 10 meter, yang mampu mengenal pasti panjang gelombang inframerah dekat antara cahaya nampak dan inframerah, serta membezakan bentuk, saiz dan beberapa warna sasaran yang dipantau.

• Kamera Angkasa Satelit Warna Lautan 

Pengimbas warna lautan yang dibawa oleh satelit HY-1 China ialah kamera angkasa pengimbas cermin 45° dengan 10 saluran, termasuk dua saluran inframerah terma, dan resolusi 1.1 km. Satu lagi kamera angkasa pada satelit ini ialah kamera CCD empat jalur, menggunakan reka bentuk penyapu tolak CCD linear, dengan resolusi 250 m.

Dengan kemajuan teknologi yang berterusan, resolusi temporal dan spatial kamera angkasa sentiasa bertambah baik. Prestasi pengesanan optiknya menuju ke arah resolusi spatial yang tinggi, resolusi spektrum yang tinggi, dan resolusi temporal yang tinggi. Sasaran yang boleh disasarkan sedang berkembang daripada satu kepada berbilang, daripada mudah kepada kompleks, dan ia menjadi semakin bersepadu, ringan, pintar, dan pelbagai fungsi. Peranan mereka dalam peninjauan dan pengesanan angkasa menjadi semakin penting, berfungsi sebagai platform asas dan jaminan untuk operasi ruang udara bersepadu. Adalah dipercayai bahawa dengan kemunculan teknologi baharu yang berterusan dan pengemaskinian kaedah pengesanan yang berterusan, prospek aplikasi kamera angkasa akan menjadi lebih luas, menjadi arus perdana dan hala tuju utama untuk pembangunan berteknologi tinggi di pelbagai negara.

(Rujukan: Akademi Teknologi Angkasa Lepas China: Trend Pembangunan Muatan Optik Angkasa Lepas untuk Abad ke-21; Wang Jintang dan Chen Shiping: Pengenalan kepada Reka Bentuk dan Pengujian Kamera Angkasa Lepas)