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组图:精神号的眼睛

http://www.sina.com.cn 2004年01月15日 16:45 新浪科技

图8 成像系统昂立在精神号顶部


图9 从地面测试拍摄的全景照片的一部分中的细节放大说明Pancam的高分辨率

  从某种意义上说,精神号的成像系统是整个火星考察的核心系统,是考察的尖兵和眼睛。其他的一切属于保障和支持系统。其他一切成功,成像系统不能工作,整个考察的成果大为逊色。精神号的成像系统保留了探路者成像系统的全部功能,并且作了很大的增强和改进。从已经发回的图片来看,清晰度比探路者提高3-4倍。

  精神号的成像系统位于顶部(图8)。它的全景照相机称为Pancam。由康奈尔(Connel)大学雅典娜(Athena)火星探索漫游机器人实验室花费3年研制成功,这个实验室负责精神号和机遇号甲板上的仪器,Pancan项目领衔科学家为天文学助理教授James Bell。Athena实验室首席科学家(也是精神号的任务总管)天文学教授斯蒂夫·斯奎尔斯(Steven Squyres)称,10英尺远的分辨率为每个像素1毫米,人们能够以前所未有的清晰度看清火星。拍摄的全景照片中的任何一部分可以放大观察。图9展示地面测试拍摄的全景照片的一部分中的细节放大。Pancam成像系统有两个主要组成部分:2个CCD数码相机(距离30厘米)(图10)以及Pancam拉杆组件(PMA)。PMA具有能够升高到1.5米的高度以及作角度转动的功能。Pancam是多光谱立体全景成像系统。对景物可以作360度扫描。Pancam采用2个1024X2048 Mitel帧传输CCD阵列(图11),每一行为位移校正附加32个参考像素。像素大小为12微米。填充因子为100%。系统读数噪声小于10e。50%完美的所有λ值的信噪比(SNR)大于等于200。绝对辐射测定小于等于7%,相对测定小于等于1%。在270C黑暗电流=1.5nA/cm3。黑暗电流的空间不均运性<5%。从10-90%完美的线性〉99%。平视野不均匀性《1%。CCD帧传输时间为5.2秒。CCD读出速率为200K像素/秒(5.2秒)。整合时间0-350秒,Δ=5.1秒。近拍的分辨率可以达到20微米/像素(图12)。每一个阵列具有一个小的8个位置过滤色镜转轮。有效焦距为42毫米。采用3元对称镜头。最佳聚焦距离为3米。操作温度为-55度到5度(C)(火星最低温度为-1050C,通过加热器升高温度)。每一个相机的重量为270克。光学部件采用Cooke三组三件镜头设计。焦距43毫米,f/20系统。几何失真<0.001 f tanθ。优化聚焦为3米,聚焦范围为1.5米到∞。IFOV=0.28豪弧度/像素;FOV=160x160。等价于35毫米相机的109毫米镜头。采用窄波段干涉滤镜。利用蓝宝石窗口作防尘保护。外部由遮阳挡板,内部有偏光挡板。利用Navcams, Mini-TES完成准线标定。水平方向转动3600,垂直方向移 动±900。电源消耗为3W。板上标定目标为基准标记。标定目标包括8X8厘米基底、6厘米高的标杆,重量为60克。也包括反射率为20、40、60%的3个环,4各由颜色的角用于颜色标定。2个反射环用于反射天空颜色。阳光完全照射时间至少从上午10点到下午2点,本地太阳时间有助于漫游机器人的定向。目标经过文字、标志和图标修饰以后成为“火星日晷”,便于进行E/PO活动。

  为了有效传输,采用JPL开发的ICER小波压缩算法。存档软件系统为NASA行星数据系统,图像格式为PDS。图13为Pancam在地球上组装。图14展示Pancam拍摄的精神号“站起来”的清晰照片。


图10 Pancam由两台数码相机完成立体拍摄任务


图11 Pancam的CCD


图12 近拍可以达到20微米/像素分辨率


图13 Pancam在地球上组装


图14 Pancam拍摄的清晰照片


图15 在1400米高度拍摄的地面照片


  
 
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