专家解读：15公里，嫦娥二号如何“勘月”

　　核心提示

　　嫦娥二号卫星在近月点对月球虹湾区拍摄，卫星在轨道上飞行，月球在自转，如何能够在极短的曝光时间内实现优于1.5米分辨率的成像？卫星的在轨飞行和各项设备又将面临哪些考验？

　　10月27日19时30分左右，北京航天飞行控制中心控制嫦娥二号卫星上的CCD立体相机对月球虹湾区开展高分辨率成像，这是“嫦娥二号”第一次在15公里高度处对位于月球正面的虹湾地区进行拍摄。

　　降轨拍摄虹湾，探测结束后将再回环月圆轨道

　　26日21时左右，“嫦娥二号”按照测控系统预先注入的指令，在月球背面自主实施变轨，成功从原来的100公里环月圆轨道，降轨进入了月球虹湾成像轨道。

　　该轨道为椭圆形，远月点大约距离月球100公里左右。近月点约为15公里，基本位于虹湾上空。

　　据北京航天飞行控制中心专家介绍，27日19时30分左右，“嫦娥二号”顺着这个椭圆轨道，飞到虹湾上空，在最近为15公里高度时，卫星上搭载的新研制CCD立体相机对虹湾区进行了优于1.5米分辨率的成像，勘察地形地貌。这也是“嫦娥二号”对虹湾预选着陆区进行的第一次拍摄。

　　此后，按计划，1—2天探测结束后，卫星要在月球背面再自主变轨，重新回到长期绕月运行轨道，也就是100公里的环月圆轨道，继续开展技术试验和科学探测。

　　从降轨到回到原来100公里环月圆轨道，“嫦娥二号”将在虹湾成像轨道中一共飞行超过30圈，这也意味着卫星将在15公里轨道处对虹湾几十次成像。

　　据专家介绍，卫星在这个100公里乘15公里轨道上飞的时间越长，相应风险越大。由于卫星还要回到100公里圆轨道继续做分辨率优于10米的月球成像探测，加上考虑地月日的运动规律、卫星的本身能源等因素，才确认让卫星飞这么多圈数。之后，卫星将传回虹湾区高分辨率图像。

　　为“嫦娥三号”探路，成像分辨率大大提高

　　专家介绍说，月球虹湾并非是海湾，并没有水，实际上是一块类似平原的地方。该地区的北面和西面被山包围，东南面较开阔。

　　国防科工局探月工程总设计师吴伟仁介绍说，嫦娥三号探测器计划于2013年左右发射并在月球软着陆，目前选择在月球的虹湾区着陆，因此要对这么一块南北100公里、东西300公里的区域预先进行高分辨率成像。

　　“嫦娥二号卫星先去侦察一番，看选的这个着陆区地形怎么样，是否便于降落等。”吴伟仁说。

　　在“嫦娥一号”任务中，卫星携带的CCD立体相机能够自主完成成像。“嫦娥二号”任务为满足月球虹湾区高分辨率成像要求，则需要地面利用轨道预报生成CCD相机相关参数数据，并注入卫星才能完成成像。

　　轨道低，环境复杂，考验精密定轨技术

　　据介绍，与嫦娥一号卫星上CCD立体相机的120米分辨率相比，嫦娥二号卫星搭载的新研制的CCD立体相机分辨率大大提高。

　　嫦娥二号卫星CCD立体相机主任设计师、中科院西安光机所研究员赵葆常说，嫦娥二号卫星上的CCD立体相机在100公里的分辨率优于10米，在15公里轨道处分辨率优于1.5米，分辨率很高。

　　同时，相机采用多条线阵CCD对同一目标多次曝光的原理，以满足分辨率提高对相机曝光控制要求。这是我国相关载荷研制技术的一个重要突破。

　　西安卫星测控中心有关专家介绍说，在这个月球虹湾成像轨道上，由于卫星环月运行远月点高度只有100公里，近月点高度最低只有15公里，月球不均匀引力对轨道摄动影响较大。此外，月球表面有很多高山，最高的山峰达到9000米高度，比珠穆朗玛峰还要高。卫星飞行的环境较为复杂。

　　轨道低，环境复杂，对精密定轨技术是一次实战检验，需要提高轨道改进和预报精度，为高质量的月球探测任务提供保障。

　　卫星和月球始终处于运动状态，相机曝光时间极短

　　赵葆常说，从“嫦娥二号”担负的对月成像任务来说，100公里处拍摄的10米分辨率的照片，可以给地质学家提供更加详细的月球图，用于科学研究。而对虹湾区进行1.5米分辨率的成像，主要是为了给“嫦娥三号”探路。

　　专家介绍说，卫星对月球的成像跟相机拍静物不同。月球卫星对月成像时，照相机和被拍的目标始终是运动状态。尤其是此次嫦娥二号卫星对月拍摄时，卫星离月球很近，卫星在飞行，月球在自转。相机在飞过一片区域时，曝光时间十分短暂，如何才能获得清晰的月球图像是一大难题。

　　“卫星飞过1米的时间，我们算了大概是0.6毫秒，因此曝光时间就不能大于0.6毫秒，否则照下来的照片分辨率就达不到要求。”赵葆常说，曝光时间太短，当目标很暗的时候，可能会导致曝光不足，照片出来后什么也看不到。

　　相比之下，嫦娥一号卫星相机分辨率是120米，曝光时间就可以长一些，相当于飞过120米的这段时间。

　　为此，CCD立体相机为月球拍特写时，就用到相机的推扫成像技术，也就是先成一个条状的像，然后由若干个条状的像组成一个完整的图像。(记者　余建斌）