图为“天问一号”高分辨率相机。
在距目标200千米开外即可“明察秋毫”
凭强壮“骨骼”既身轻如燕又稳如泰山
像拖布定向拖地一样可实现“推扫成像”
前不久,国家航天局公布了“天问一号”传回的首幅火星图像。此图像是“天问一号”高分辨率相机在距离火星约220万千米处拍下的。图中,火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑以及最长峡谷——水手谷等标志性地貌清晰可见。
图像一公布,就吸引了全世界的目光。这部高分辨率相机,也一度成为人们眼中的“明星”。
高分辨率的秘密:长焦距离轴光学系统
这部高分辨率相机,能在距离目标265千米处实现0.5米分辨率的光学成像。这就如同站在长春市中心观看沈阳市中心的一台轿车,甚至可以分辨出是三厢车还是两厢车,绝对称得上是“明察秋毫”。具备这一非凡功力,首先要得益于先进的光学系统。
光学系统是相机的核心部分,它能将远处的景物成像在感光元件上,从而实现照相功能。像素分辨率是我们最关注的相机性能指标,表示照片上的1个像素对应远处被拍摄景物的尺寸。根据几何光学物像关系,分辨尺寸、照相距离(卫星飞行高度)、焦距、像元尺寸等4个参数,构成一个相似三角形的几何关系。从这个关系可以得出,相机分辨率越高,光学系统焦距就越长,相应的镜头口径就越大。
小型光学系统,如常见的消费级单反镜头、手持望远镜等,基本上由光学玻璃制造的透镜组成,其特点是焦距短、分辨率低。由于大尺寸的优质光学玻璃难以制造,且光学玻璃自身力学、热学性能欠佳,容易产生色差,因此长焦距大口径的光学系统基本采用反射式光学结构。