＂天问一号＂拍火星的相机不一般( 二 )
但是，深空探测重量可分配资源极为有限。这部焦距近5米的相机，可设计质量仅为43千克，如何使光机结构设计得既“身轻如燕”又“稳如泰山”，是一项极具挑战性的任务。经过科学论证，项目组提出了“全碳化”相机的设计理念。
在光学反射镜材料上，主反射镜与三反射镜均使用了具有低密度、高弹性模量、高热导率和低热膨胀系数的碳化硅材料。通过设计，反射镜在87%轻量化率的情况下，仍能保证良好的力学性能。
相机结构的框架，由碳化硅铝基复合材料制成。通过优化设计，确定框架的材料分布，形成加强筋与薄板组合的轻量化结构，轻量化率达到90%以上，且具有很高的结构刚度。连接框架的支撑杆，由高模量碳纤维复合材料制成，每根近1米长的支撑杆，重量仅500克左右。
这样高轻量化的光机结构，在火箭发射冲击振动等严苛力学环境下，可保证光学反射镜的间距最大变动量不超过5微米。对于750毫米左右的反射镜设计间距来讲，相对变化量不到十万分之一，真正算得上是“稳如泰山”。
一机完成多种任务的关键：两种“视网膜”
焦面成像探测器是相机的“视网膜”，光学系统将景物成像在探测器上，从而完成拍摄。
为了获得更多的科学产出，高分辨率相机规划了多个科学目标：包括对火星表面重点区域精细观测、长期重访覆盖观测，对着陆区域高分辨率观测，对火星天气现象动态观测等。不同的科学目标，需要用到的“视网膜”也不相同。
高分辨率相机充分利用独特的光学视场，在一个像面上巧妙地设置了两种类型的成像探测器：多光谱TDI-CCD探测器和全色面阵CMOS探测器。3片多光谱TDI-CCD探测器呈“品”字形布局在像面，2片全色面阵CMOS探测器则分布在像面两端。
TDI-CCD探测器是一种线阵成像的探测器，成像时通过景物与探测器的相对运动而不断输出图像。这种成像方式叫作“推扫成像”，其工作原理就像拖布定向拖地一样，所拖过的区域是完成的成像区域，拖布的宽度就是成像的幅宽。这类似于我们拍大合影时的转机照相，照片的长度方向是TDI-CCD“推扫成像”方向，也是相机和卫星的飞行方向，照片宽度则是成像幅宽。
高分辨率相机的TDI-CCD探测器配置有全色、彩色(红、绿、蓝)与近红外5个成像谱段，可以同时推扫出全色图像、RGB彩色图像、近红外图像。“天问一号”高分辨率相机在距火星表面约330～350千米高度拍摄的0.7米分辨率全色图像，即是应用TDI-CCD探测器推扫拍摄的。
全色面阵CMOS探测器与我们日常使用的单反相机的探测器功能一样，既可实现画幅面阵成像，又可实现视频成像。“天问一号”高分辨率相机在距离火星约220万千米处拍摄的首幅火星图像，就是全色面阵CMOS探测器的杰作。
（作者系中国科学院长春光机所副研究员、“天问一号”高分辨率相机副主任设计师）
【"天问一号"拍火星的相机不一般】版式设计：梁 晨
推荐阅读
- 地球 设计寿命20天的东方红一号卫星，已飞了50年，何时回收？
- 欧巴 《爸爸去哪儿》8年，多多拍话剧，石头帅成欧巴，她受到国王表扬
- 东方红一号 能量耗尽50年，东方红一号卫星为何还没坠毁它还能再飞100年
- 探测 “天问一号”已成功实施火星捕获，中国首次火星探测任务获得成功
- ngc 哈勃望远镜拍摄到壮观的螺旋星系NGC 2276
- 火星 NASA已退役“精神号”在MRO近期拍摄的照片中现身
- 地球 好奇号传回自拍照，火星真实面貌再现，人类能在上面“扎根”？
- 暗淡蓝点 这张在64亿公里之外拍摄的照片，刷新了人类对地球的认知
- 导演 《全员加速中3》为何迟迟不拍？看这些嘉宾现状，导演还敢请吗
- 全员加速中3 《全员加速中3》为何迟迟不拍？看这些嘉宾现状，导演还敢请吗