Uzay Kameraları: Uzaydaki Uyduların "Gözleri"

 Uzay kamerasının temel bileşenleri

▲Haiyang-1 4 bantlı CCD görüntüleyici

Bir uzay kamerası genellikle aşağıdaki parçalardan oluşur:

1. Objektif Mercek: Optik sistemler ve yapılardan oluşur. Farklı optik sistem türleri, kırıcı, kırıcı ve yansıtıcı tipler gibi farklı yapılara karşılık gelir. Bir optik sistem genellikle kamera penceresi, mercek, ayna, filtre ve prizma gibi birden fazla optik bileşenden oluşur.

2. Algılama ve alma devre sistemi: Fotodedektör, fotoelektrik dönüşüm, sinyal yükseltme, işleme, görüntüleme, depolama ve açıklama cihazlarını gerçekleştirir ve genellikle fotodedektörlerden, devrelerden ve mekanik sıkıştırma bileşenlerinden oluşur.

3. Mekanik yapı: gövde, odak düzlemi bileşenleri, mekanik iletim, diyafram, ışık kalkanı vb.

4. Isı kontrol cihazı: Genellikle ısı kontrol kaplaması, ısı yalıtım filmi, faz değişim malzemesi, ısı borusu, ısı iletim kablosu, radyatör, ısıtıcı, sıcaklık kontrol cihazı vb. bileşenlerden oluşur. Aktif ısı kontrolü ve pasif ısı kontrolünü içerir.

5. Kontrol ve Bilgi İşlemcisi: Görüntü verisi alımını, depolanmasını, işlenmesini veya kodlanmasını kontrol eder; film taşıma, odaklama, kalibrasyon, pozlama ayarı ve görüntü kayması telafisi gibi çeşitli servo sistemlerini kontrol eder; açıklama cihazına veri girişi yapar; her bir bileşenin çalışma durumunu izler ve arıza bilgilerini yer kontrol merkezine iletir.

 Uzay kameralarının sınıflandırılması

▲FY-3 Kızılötesi Spektrometresi

Uzayda birçok kamera türü bulunmaktadır; bunlar arasında bilgi taşıyıcısı olarak film kullanan keşif kameraları, ölçüm kameraları (haritalama kameraları olarak da bilinir) ve çok spektrumlu kameralar; alıcı olarak fotoelektrik dedektörler kullanan CCD kameralar, çok spektrumlu tarayıcılar ve görüntüleme spektrometreleri yer almaktadır. Bu uzay uzaktan algılama sensörleri topluca uzay kameraları olarak adlandırılır.

• Spektral segmente göre sınıflandırılmıştır

Kameralar ultraviyole, görünür, kızılötesi, lazer aktif veya aktif kameralar, ayrıca pankromatik ve çok spektrumlu kameralar ve görüntüleme spektrometreleri olarak sınıflandırılabilir. Sonuncusu, spektral çözünürlüğe bağlı olarak hiperspektral ve süperspektral tiplere further sınıflandırılabilir.

Günümüzde en yaygın görüntüleme spektrometreleri dağılımlı ve interferometrik tiplerdir; güncel araştırma odak noktaları ise filtre tipi ve hesaplamalı tiplerdir.

▲FY-3 Orta Çözünürlüklü Görüntüleme Spektrometresi

• görüntüleme hedefine göre 

Görüntüleme hedefine bağlı olarak, uzay kameraları iki kategoriye ayrılabilir: alanları görüntüleyen kameralar ve noktaları görüntüleyen kameralar. Örneğin, yer özelliklerini görüntüleyen kameralar (topluca keşif, haritalama ve kaynak kameraları olarak adlandırılır) ve ay, gezegenler ve güneşi gözlemleyen kameralar alanları fotoğraflayan kameralardır; yıldız kameraları veya yıldız sensörleri ise güneş dışındaki gök küresindeki yıldızları (noktasal ışık kaynaklarını) fotoğraflar.

• Algılama sinyalinin kaynağına göre  

Algılanan sinyalin kaynağına bağlı olarak, uzay kameraları iki kategoriye ayrılır: aktif ve pasif. Aktif uzaktan algılama, hedefi aydınlatmak için yapay olarak üretilmiş özel bir elektromanyetik radyasyon kaynağı kullanır ve ardından hedeften yansıyan elektromanyetik dalgaların özelliklerini alarak hedefi tanımlar. Öte yandan, pasif uzaktan algılama, hedefi aydınlatmak için yapay radyasyona ihtiyaç duymaz, bunun yerine hedefin yansıyan veya yayılan elektromanyetik dalgalarını ölçmek için doğal kaynaklar (güneş ışığı, kozmik radyasyon ve güneş enerjisinin emilmesi nedeniyle nesneler tarafından yayılan kızılötesi radyasyon gibi) kullanır ve böylece uzaktan algılama amacına ulaşır.

• Kullanım yoluyla 

Uzay kameraları, kullanım amaçlarına göre iki tipe ayrılabilir. Birincisi, yer hedeflerinin özelliklerini, jeolojiyi ve yer şekillerini incelemek, askeri keşif, haritalama ve konumlandırma, meteorolojik ve oşinografik gözlem vb. amaçlarla kullanılan, yer nesnesi kamerası olarak da bilinen, Dünya'yı gözlemleyen uzay kameralarıdır. Diğer tip ise, uzay platformunda uzay hedeflerini arayan, yakalayan, izleyen ve takip eden kameralardır; örneğin, uzayda gök cismi gözlemi ve önleme uydularında (veya kinetik silahlarda) ölçüm ve nişan alma gibi amaçlarla kullanılırlar.

 Uzay Kameralarının Uygulamaları ve Pratikleri

▲ Uzay kameraları uzaktan algılama alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ülkemin ilk uzay kamerası, 1967 yılında Çin Uzay Teknolojisi Akademisi tarafından geliştirildi. 26 Kasım 1975'te Çin'in ilk geri alınabilir uydusu "Jianbing-1" ile uzaya fırlatıldı ve üç gün sonra Dünya'ya geri döndü. Bu, ülkemizi Sovyetler Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri'nden sonra Dünya gözlem kamerasına sahip üçüncü ülke yaptı.

"Jianbing-1" uzay optik yükü, gözlem amaçlı kullanılan görünür ışık kamerasıdır. 850 mm odak uzaklığına sahip olup, bilgileri depolamak için 2000 m uzunluğunda film kullanır, film genişliği 225 mm ve çerçeve boyutu 198 mm × 1780 mm'dir. Kameranın yer tabanlı piksel çözünürlüğü 10 m ila 5 m'ye ulaşabilir.

• Meteorolojik gözlem uydusu uzay kamerası 

Çin'in FY-1 meteoroloji uydusu, okyanus rengini de algılayan ve 1,1 km çözünürlüğe sahip çok kanallı tarama radyometresi (VISSR) taşımaktadır. Jeostasyonel meteoroloji uydusu tarafından taşınan VISSR'nin optik sisteminin ana ekseninde 45°'lik bir ayna da bulunmaktadır, ancak doğu-batı taramasını uydu dönüşüyle ​​gerçekleştirirken, kuzey-güney taramasını ise kuzey-güney tarama aynasının kademeli hareketiyle sağlamaktadır.

Çin'in FY-2 meteoroloji uydusunun görünür ve kızılötesi tarama görüntüleyicisi, teleskopik kademeli geçiş mekanizması kullanarak kuzey-güney tarama gerçekleştiriyor. Görünür ve yakın kızılötesi kanalların çözünürlüğü 1,25 km, termal kızılötesi ve su buharı kanallarının çözünürlüğü ise 5 km'dir.

• Kaynak gözlem uydusu uzay kamerası

1999 yılında, 5 bantlı taramalı şarj bağlantılı cihaz (CCD) kamera, 4 bantlı kızılötesi tarayıcı ve 2 bantlı geniş alan görüntüleyici taşıyan Çin-Brezilya Yer Kaynakları Uydusu (CBERS) başarıyla fırlatıldı. Ziyuan-1 01 uydusu, 113 kilometrelik tarama genişliğiyle üç yıldan fazla bir süre yörüngede çalıştı ve yıllık 1 milyon kilometrekareden fazla alanı kapsayan etkili veri sağlayan yüksek hızlı gerçek zamanlı Dünya verisi iletim yeteneklerine sahipti.

20 yılı aşkın bir geliştirme sürecinin ardından, 26 Aralık 2021'de ZY-1 ailesi dokuzuncu üyesi ZY-1 06'yı karşıladı. Uydu, görünür ve yakın kızılötesi kameralar ile bir hiperspektral kamera ile donatılmış olup, yeni bir uzun dalga kızılötesi kamera da eklenerek her türlü hava koşulunda Dünya gözlemi mümkün kılınmıştır. Görünür ve yakın kızılötesi kamera, 2,5 metre pankromatik çözünürlüğe ve 10 metre çok spektral çözünürlüğe sahip olup, görünür ve kızılötesi ışık arasındaki yakın kızılötesi dalga boylarını tanımlayabilmekte ve izlenen hedeflerin şeklini, boyutunu ve bazı renklerini ayırt edebilmektedir.

• Okyanus Rengi Uydu Uzay Kamerası 

Çin'in HY-1 uydusunda bulunan okyanus rengi tarayıcısı, iki termal kızılötesi kanal da dahil olmak üzere 10 kanallı ve 1,1 km çözünürlüğe sahip 45° aynalı tarama özelliğine sahip bir uzay kamerasıdır. Uyduda bulunan bir diğer uzay kamerası ise doğrusal CCD itme-süpürme tasarımını kullanan ve 250 m çözünürlüğe sahip dört bantlı bir CCD kameradır.

Sürekli teknolojik gelişmelerle birlikte, uzay kameralarının zamansal ve uzamsal çözünürlükleri sürekli olarak iyileşmektedir. Optik algılama performansları yüksek uzamsal çözünürlük, yüksek spektral çözünürlük ve yüksek zamansal çözünürlük yönünde ilerlemektedir. Hedefleyebilecekleri nesneler tekli nesnelerden çoklu nesnelere, basit nesnelerden karmaşığa doğru evrimleşmekte ve giderek daha entegre, hafif, akıllı ve çok fonksiyonlu hale gelmektedirler. Uzay keşif ve tespitindeki rolleri giderek daha önemli hale gelmekte, entegre hava-uzay operasyonları için temel bir platform ve güvence görevi görmektedir. Yeni teknolojilerin sürekli ortaya çıkması ve algılama yöntemlerinin sürekli güncellenmesiyle, uzay kameralarının uygulama alanlarının daha da genişleyeceğine ve çeşitli ülkelerde yüksek teknoloji geliştirmenin ana akım ve önemli bir yönü haline geleceğine inanılmaktadır.

(Referanslar: Çin Uzay Teknolojisi Akademisi: 21. Yüzyıl İçin Uzay Optik Yüklerinin Gelişim Trendleri; Wang Jintang ve Chen Shiping: Uzay Kamerası Tasarımı ve Testine Giriş)