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我国发布迄今世界分辨率最高全月图

http://www.sina.com.cn  2012年02月07日 09:59  北京日报

  昨天,国防科工局在北京发布嫦娥二号月球探测器获得的7米分辨率全月球影像图。制作完成的7米分辨率全月球分幅影像图产品共746幅,总数据量约800GB。同时,科研人员还制作完成50米分辨率标准分幅影像图产品和全月球数据镶嵌影像图产品。这是我国探月工程取得的又一项重大科研成果。目前,国际上尚无其他国家获得和发布过优于7米分辨率、100%覆盖全月球表面的全月球影像图。

  嫦娥二号7米分辨率全月球影像数据,相对配准精度不超过两个像元,影像色调一致,层次丰富,图像清晰。评审专家表示,嫦娥二号7米分辨率全月球影像图的数据处理和制图质量得到严格、有效控制,影像图的空间分辨率、影像质量、镶嵌精度、数据一致性和完整性等优于国际同类产品,达到国际领先水平。

  与低分辨率相比,高分辨率全月球影像可获得月球构造的更多细节,能够识别和统计更多的月面撞击坑,从而获得更为精细的月球年代学数据,为月球构造演化的研究提供更细的时间标尺。

  影像制作耗时半年

  2010年10月24日16时49分,嫦娥二号月球探测器搭载的CCD立体相机首次开机工作,并成功获取了月表的影像数据。

  按照嫦娥二号科学探测计划,到2011年5月20日,先后获取了100公里高度和15公里高度的月球影像数据。在此基础上,科研人员经过半年艰苦细致的工作,圆满完成7米分辨率全月球影像图的制作。

  为保证获取7米分辨率全月球影像图数据,嫦娥二号进行了多次轨道机动和调整。工程总体和探测器系统、测控系统、地面应用系统的研制队伍和参试人员深入论证,分析研究各种约束条件和风险,并提出切实可行的技术方案。探月工程重大专项领导小组坚持靠前指挥,充分听取各方意见,果断决策,科学合理安排各项试验任务,确保了全月球数据的成功获取。

  此外,在获取全月球原始影像数据的基础上,科研人员需要进行繁琐、细致的辐射校正、光度校正等工作,并根据探测器轨道和姿态数据进行影像数据的几何校正,才能还原月球表面地形、地貌的真实面貌。随后,还要进行影像匹配、分幅和镶嵌,才能形成全月球影像图。

  嫦娥二号是我国发射的第二颗月球探测器。它在嫦娥一号卫星备份星的基础上进行了改造,以先期验证探月工程二期月球软着陆探测的相关技术,并深化嫦娥一号科学探测成果。

  分辨率提高了17倍

  这次高清晰度的全月球影像图,是由嫦娥二号卫星携带的我国自主研制的CCD立体相机拍摄的,与嫦娥一号拍摄月球影像的相机相比,成像精度和清晰度提高了17倍。

  嫦娥二号携带了一台全新设计的CCD立体相机,由它获得的月球影像分辨率从嫦娥一号时的120米提高到了7米。嫦娥二号探测器有效载荷分系统主任设计师、CCD相机的主要负责人赵葆常说,嫦娥二号CCD相机相比嫦娥一号有很大跨越。从成像分辨率看,嫦娥一号CCD相机所获全月球影像图分辨率为120米,嫦娥二号为7米,后者提高了17倍。打个比方,嫦娥一号只能发现机场、港口,而嫦娥二号可以发现机场上的飞机和港口里的轮船。

  从原理上看,嫦娥二号CCD相机与嫦娥一号完全不同,它采用多线阵精密同步扫描成像技术,大大提高了成像分辨率和效率。如果说嫦娥一号的相机是一只单眼,嫦娥二号相机则用了96只单眼组成的复眼去观察月球。与单眼相比,96只复眼精密配合观察同一目标的技术难度非常大,中国完全掌握了这一技术。对比嫦娥二号和嫦娥一号分别获得的立体图像,嫦娥二号的图像可以清晰地展示出月球撞击坑边缘非常漂亮的细纹。

  由于嫦娥二号卫星的主工作轨道从嫦娥一号时的近月200公里变成了近月100公里的圆轨道,可以更近距离地观测月球。此外,由于嫦娥二号还肩负着一个重要任务,要降轨到距月面15公里的地方,对嫦娥三号着陆区进行更为精细的探测和成像,因此对相机的要求比嫦娥一号要高很多。

  嫦娥二号超期服役

  我国第二颗月球探测器嫦娥二号于2010年10月1日在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭发射,直接进入奔月轨道并成功进入100公里极轨环月工作轨道。

  目前,超期服役10个多月的嫦娥二号月球探测器已由月球飞往距离地球150万公里的日地拉格朗日L2点,开展空间环境探测和工程技术试验。现在状况良好,未来视探测器状况,可能安排更多的拓展试验任务,如探测地球远磁尾的带电粒子,观察可能出现的太阳X射线爆发、宇宙伽马射线爆等现象,深化对日地空间环境的认识。同时,将进一步验证150万公里远距离测控通信等深空探测关键技术,为后续工程积累更多经验。

  据了解,中国探月工程二期嫦娥三号任务已圆满完成月球着陆器的悬停避障及缓速下降试验,月球巡视器的综合测试及内外场试验等各项验证性试验,技术方案得到验证,工程研制取得重大进展。

  本报记者 刘欢

  链接

  嫦娥“三姐妹”

  使命虽不同

  本领个个强

  “大姐”嫦娥一号:我国第一个月球探测卫星;首次开展月球科学探测;初步构建月球探测航天工程系统;为月球探测后续工程积累经验。

  “二姐”嫦娥二号:原本是“大姐”的备份星,经过适应性改造,成为探月工程二期的先导星,即“小妹”嫦娥三号的探路者。为嫦娥三号任务开展先行性实验,提升月球探测能力;深化月球科学探测任务,提高探测精度;特别是对嫦娥三号任务的备选着陆区进行高精度成像,为后续月球探测工程进行技术准备,积累工程经验。

  “小妹”嫦娥三号:肩负着中国探测器首次实现地外天体着陆的重要使命(着陆器和巡视器月面软着陆),并将在月球进行大量试验验证工作。

  嫦娥一号2007年10月24日发射升空,在实际运行494天(其中环月482天)圆满完成各项使命后,于2009年3月1日按预定计划受控撞月。

  “二姐”更加“神勇”。虽然设计寿命仅有半年,但2010年10月1日成功发射后,不仅获取了世界上覆盖最全、分辨率为7米的全月图,而且成功传回虹湾地区分辨率优于1.5米的图像,完成工程设定科学目标。她还超额完成任务,完美通过相关拓展试验。

  “小妹”嫦娥三号预计于2013年披挂出征。

  访谈

  究竟有多“牛”?

  龙年第一个月圆之日,中国科学家给全球天文学学者和爱好者送上了一份厚礼——由嫦娥二号月球探测器获得的7米分辨率、100%覆盖全月球影像图。嫦娥二号获得的全月影像图究竟有多“牛”?记者第一时间对话中国探月工程科学应用首席科学家、中国科学院国家天文台台长严俊研究员。

  能见阿波罗11号登月遗迹

  严俊说,7米分辨率全月图是目前国际上已发布的分辨率最高的全月球影像图,表明我国的月球探测水平有了新的提升。它在空间分辨率、影像质量、数据一致性和完整性以及镶嵌精度等方面优于国际同类全月球数字产品,处于国际领先水平。

  嫦娥二号载荷的相机比嫦娥一号相机有了很大跨越。通俗点讲,嫦娥一号相机只能识别大于360米的月坑、石头,而嫦娥二号可以识别不到20米的。

  我们甚至在全月图中看到了阿波罗11号登月遗迹。

  可为载人登月优选着陆区

  严俊说,高分辨率全月图有十分重要的工程意义。人们可以依据高分辨率全月球影像图所提供的全面、精细、可靠的月球地形地貌数据,来为我国和其他国家今后实施着陆器与月球车软着陆月球及载人登月优选着陆区。

  嫦娥三号肩负着中国探测器首次实现着陆器和巡视器月面软着陆的重要使命,还将在月球进行大量试验验证工作。在这张全月图上,虹湾局部地区的分辨率就高达1.3米,为嫦娥三号选择平坦落点提供了更多基础数据。

  虹湾地区位于月球北纬43度左右、西经31度左右,东西长约300公里,南北长约100公里,是2013年嫦娥三号着陆月球的主要候选区。

  全月图有四大科学价值

  严俊认为,嫦娥二号所获高分辨率全月球影像图对研究月球物质特性、区划月球地质构造、勾绘月表物质成分(岩石、矿物、元素等)的含量与分布图表、分析月表地形地貌特性与成因、探究月球的起源与演化等,都有直接的科学价值或重要参考作用,主要体现为以下四个方面:

  一是提供月球正面和背面、南极区与北极区的精细地形地貌特征,展示月球的月海、月陆和各类撞击坑的大小、分布、结构和特征,揭示小天体撞击月球的时空演化规律,是划分全月球地形分区和地貌单元的基础,为研究月球表面各单元相对年龄提供科学依据。

  二是可根据高分辨率全月球影像图解译出全月球环形构造和线性构造的分布图,用来划分月球大地构造分区和研究月球的构造演化。

  三是根据月球的地形地貌分区、月球大地构造区划、月球岩石类型分布和月表各单元的相对年龄,可编制全月球地质图,为研究月球演化历程和划分演化阶段提供重要科学依据。

  四是月球表面物质长期受到宇宙线、太阳高能和低能粒子的照射及月表温差变化和小天体撞击的综合作用,形成许多太空风化特征,高分辨率全月球影像图所展示的精细特征,可为研究月表物质的太空风化过程提供重要科学依据。

  本报综合报道

  照片均为新华社发

  延伸

  国际探月 各有特色

  我国探月工程首席科学家欧阳自远院士接受记者采访时说,最近几年所有探月国家发射的都是绕月卫星,大家的目标都比较接近,但是各有特色。

  日本做得最好的是探测月球背面的重力场,因为月球的背面我们谁也没见过,所以他要发射几个小的卫星作为中间星,来了解那边的探测数据。这在世界上是很有特色的。

  印度的“月船一号”有11台仪器,其中有六台是别人做的,自己做了五台。印度对月球做了较全面的了解。但是,他们没有做出全月球的图来,另外,“月船一号”最后出了点问题。

  欧阳自远说,中国嫦娥一号比较有亮点的东西是我们的全月球影像图。日本和印度的绕月卫星的飞行高度是100公里,它们拍的照比我们精细,但是没我们全面。所以,对结果一定要有所取舍。我们下决心做全面、做整体,就得在精细方面有所放弃。这是根据各自的科学目标决定的。另外,我们对月壤的探测也比较有特色。其他一些工作,比如对空间环境、元素分布的探测等,都是常规性的,所有国家都做。

  欧阳自远认为,美国的设计更有特色。它的照相机分辨率达到了1米,而且还携带了一个小火箭和一个小卫星。过去人们在理论上猜想,月球坑里可能有冰。美国先用小火箭撞到坑里面去,巨大的冲击能量把冰块融掉,变成水蒸气,跟尘土一块溅出来,后面的卫星紧跟着拍溅出来的灰尘里面的光线。最后,他们证明尘埃里确实有水。

  另外,美国主卫星的照相机分辨率很高。他们把阿波罗11号、12号、14号、15号、16号、17号的降落位置,宇航员走的路线,开车跑到哪,在哪儿埋了仪器,全部拍到了。这是我们嫦娥一号拍不到的,因为我们照相机的分辨率没它高。此次嫦娥二号的环月轨道是100公里,与日本的“月亮女神”和印度的“月船一号”一样,但我们的特色是,中间还要变轨,降轨到15公里,这个日本、印度都没有做。

  欧阳自远认为,由于各国探月工程各有特色,很难就其水平进行简单的排名。比如,日本的火箭很厉害,仪器也做得比我们好;但我们也有我们的特长,比如我们的激光高度计比他们做得好。

  欧阳自远说:“我赞成原探月工程总指挥栾恩杰的看法:探月就像马拉松赛跑,最后必然形成几个梯队,第一梯队是美国和俄罗斯,第二梯队包括中国、欧洲、日本、印度等。”

  回顾

  2008年第一幅全月图

  2008年11月12日15时05分,根据中国首颗探月卫星嫦娥一号获取数据制作完成的“中国第一幅全月球影像图”正式亮相。据介绍,这也是当时世界上已公布的月球影像图中最完整的一幅影像。

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